如何产生随机数？C语言rand()和srand()用法详解

在实际编程中，我们经常需要生成随机数。因此rand()与srand()出现了，本文详解随机数相关内容

一、rand()函数相关

• 函数头文件：stdlib.h
• 函数定义：int rand(void)
• 函数功能：产生一个随机数
• 返回值：返回0至RAND_MAX之间的随机整数值
• 下面我们来进行编写，看下结果

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
    int a = rand();
    printf("%d\n",a);
    return 0;
}

• 当我们多次运行上面程序后发现，每次生成的数字都是一样的！所以我们来探索下rand()函数的本质：

二、rand()函数的本质——产生一个种子（一个随机数）

• 实际上，rand() 函数产生的随机数是伪随机数，是根据一个数值按照某个公式推算出来的，这个数值我们称之为“种子”
• 当我们定义了一个rand()函数，产生的虽然是随机数，但这个随机数在开始就已经产生了且不在变化
• 也可以说，程序运行时最开始时产生随机数，但后续就相当于一个固定值
• 既然只能产生一个种子（随机数），那么怎么样才能重新播种（产生新随机数）呢？

三、srand()函数——进行重新播种

• 函数头文件：stdlib.h
• 函数定义：void srand(unsinged int seed)
• 函数功能：设置随机数种子
• 函数说明：通常可以用getpid()（获取当前进程的进程识别码）或者time(NULL)（获取当前系统的时间信息）来充当种子，保持每次运行时的种子是不一样的

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    int a;
    srand(time(NULL));
    a = rand();
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

• 多次运行后，发现每次运行结果不同，随机数产生成功！

四、生成一定范围内的随机数

• 在实际开发中，我们往往需要一定范围内的随机数，过大或者过小都不符合要求，那么，如何产生一定范围的随机数呢？我们可以利用取余的方法：

int a = rand() % 10;    //产生0~9的随机数，注意10会被整除
int a = rand() % 9+1;  //产生1-9的随机数

五、连续生成随机数

• 利用for循环 来试一下

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
  int a, i;
  for (i = 0; i < 10; i++) {
  srand((unsigned)time(NULL));
  a = rand();
  printf("%d ", a);
  }
 return 0;
}

运行结果.png

• 为什么每次运行结果都相同呢？因为某一小段时间的种子是一样的，利用for循环运行时间很短暂，time()函数只能精确到秒，但for太快，导致种子一样，那么随机数也就一样了
• 利用unsigned int seed = time(NULL); 定义一个时间种子seed，并在循环中每次将seed进行加减变化，srand(seed+=300)这样就表示播种时间不同了。我们将其写入程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
  unsigned int seed = time(NULL); 
  int a, i;
  for (i = 0; i < 10; i++) {
  seed+=300; //让播种时间不同
  srand(seed);
  a = rand();
  printf("%d ", a);
  }
 return 0;
}

修改后运行结果.png

• 我们可以看到每次循环的结果不同，问题得到解决！

六、for循环与随机数生成函数——记数字

小游戏：最强大脑
1 2 3 4
2s后消失
输入：刚才产生的数字 1 2 3 4
输入正确后，产生多一位元素的 随机数集合 重复游戏

• 导入头文件

#include <stdio.h>   
#include <windows.h>   //利用 system("cls") 当数字展示一定时间后进行清屏
#include <stdlib.h>
#include <time.h>  //srand(time(NULL))   time 导入头文件  <time.h>

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <windows.h>

int main(){
    int count = 3; //记录每次生成多少个随机数

    while(1)
    {
        unsigned int seed = time(NULL); //1000
        
        count++; //每次多增加一个数字 
        
        //设置随机数的种子
        srand(seed); 
        for(int i = 0; i < count; i++){
            //生成一个随机数 
            int temp2 = rand() % 9 + 1;
            printf("%d ",temp2); 
        } 
        printf("\n");
    
        // 延时2s
        Sleep(2000);
        //for(int i = 0; i < 10000000000/15*2; i++);
    
        //刷新屏幕 
        system("cls");

        int temp;
        printf("请输入:");
    
        //重新设种子和之前生成时的种子一样
        srand(seed);
     
        //接收用户输入 一个一个接收 
        for(int i = 0; i < count; i++)
        {
            scanf("%d", &temp);
        
            //获取对应的生成的随机数
            int old = rand() % 9 + 1;
        
            //比较输入的和随机数是否相同 
            printf("old:%d\n", old);
            if (temp != old)
            {
                printf("错误 退出！\n");
                exit(EXIT_SUCCESS); 
            } 
        }   
        printf("正确!\n"); 
    }
    return 0;
}

• 思路：首先产生一组随机数存储在缓冲区，再一个一个输入数字，一个一个与对应位置数字进行比对，因此利用到循环，来接受用户一个一个输入。
• 如何进行比对？这就需要两次生成的随机数完全一致，
• 感悟：要对随机数的产生有自己的理解，学会利用随机数；编写代码要有逻辑性。