在我們開發(fā)的過程中，時(shí)不時(shí)地需要產(chǎn)生一些隨機(jī)數(shù)。這里我們總結(jié)一下Swift中常用的一些隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)。這里我們將在Playground中來做些示例演示。

整型隨機(jī)數(shù)

如果我們想要一個(gè)整型的隨機(jī)數(shù)，則可以考慮用arc4random系列函數(shù)。我們可以通過man arc4random命令來看一下這個(gè)函數(shù)的定義：

The arc4random() function uses the key stream generator employed by the arc4 cipher, which uses 8*8 8 bit S-Boxes. The S-Boxes can be inabout (21700) states. The arc4random() function returns pseudo-random numbers in the range of 0 to (232)-1, and therefore has twice the range of rand(3) and random(3).

arc4random使用了arc4密碼加密的key stream生成器(請(qǐng)腦補(bǔ))，產(chǎn)生一個(gè)[0, 2^32)區(qū)間的隨機(jī)數(shù)(注意是左閉右開區(qū)間)。這個(gè)函數(shù)的返回類型是UInt32。如下所示：

arc4random() // 2,919,646,954 

如果我們想生成一個(gè)指定范圍內(nèi)的整型隨機(jī)數(shù)，則可以使用arc4random() % upper_bound的方式，其中upper_bound指定的是上邊界，如下處理：

arc4random() % 10 // 8 

不過使用這種方法，在upper_bound不是2的冪次方時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)所謂Modulo bias(模偏差)的問題。

我們?cè)诳刂婆_(tái)中通過man arc4random命令，可以查看arc4random的文檔，有這么一條：

arc4random_uniform() will return a uniformly distributed random number less than upper_bound. arc4random_uniform() is recommended over constructions like ‘’arc4random() % upper_bound’‘ as it avoids “modulo bias” when the upper bound is not a power of two.

因此可以使用arc4random_uniform，它接受一個(gè)UInt32類型的參數(shù)，指定隨機(jī)數(shù)區(qū)間的上邊界upper_bound，該函數(shù)生成的隨機(jī)數(shù)范圍是[0, upper_bound)，如下所示：

arc4random_uniform(10) // 6 

而如果想指定區(qū)間的最小值（如隨機(jī)數(shù)區(qū)間在[5, 100)），則可以如下處理：

let max: UInt32 = 100 
let min: UInt32 = 5 
arc4random_uniform(max - min) + min // 82 

當(dāng)然，在Swift中也可以使用傳統(tǒng)的C函數(shù)rand與random。不過這兩個(gè)函數(shù)有如下幾個(gè)缺點(diǎn)：

這兩個(gè)函數(shù)都需要初始種子，通常是以當(dāng)前時(shí)間來確定。

這兩個(gè)函數(shù)的上限在RAND_MAX=0X7fffffff(2147483647)，是arc4random的一半。

rand函數(shù)以有規(guī)律的低位循環(huán)方式實(shí)現(xiàn)，更容易預(yù)測(cè)

我們以rand為例，看看其使用：

srand(UInt32(time(nil))) // 種子,random對(duì)應(yīng)的是srandom 
rand() // 1,314,695,483 
rand() % 10 // 8 

64位整型隨機(jī)數(shù)

在大部分應(yīng)用中，上面講到的幾個(gè)函數(shù)已經(jīng)足夠滿足我們獲取整型隨機(jī)數(shù)的需求了。不過我們看看它們的函數(shù)聲明，可以發(fā)現(xiàn)這些函數(shù)主要是針對(duì)32位整型來操作的。如果我們需要生成一個(gè)64位的整型隨機(jī)數(shù)呢？畢竟現(xiàn)在的新機(jī)器都是支持64位的了。

目前貌似沒有現(xiàn)成的函數(shù)來生成64位的隨機(jī)數(shù)，不過jstn在stackoverflow上為我們分享了他的方法。我們一起來看看。

他首先定義了一個(gè)泛型函數(shù)，如下所示：

func arc4random (type: T.Type) -> T { 
var r: T = 0 
arc4random_buf(&r, UInt(sizeof(T))) 
return r 
} 

這個(gè)函數(shù)中使用了arc4random_buf來生成隨機(jī)數(shù)。讓我們通過man arc4random_buf來看看這個(gè)函數(shù)的定義：

arc4random_buf() function fills the region buf of length nbytes with ARC4-derived random data.

這個(gè)函數(shù)使用ARC4加密的隨機(jī)數(shù)來填充該函數(shù)第二個(gè)參數(shù)指定的長(zhǎng)度的緩存區(qū)域。因此，如果我們傳入的是sizeof(UInt64)，該函數(shù)便會(huì)生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)來填充8個(gè)字節(jié)的區(qū)域，并返回給r。那么64位的隨機(jī)數(shù)生成方法便可以如下實(shí)現(xiàn)：

extension UInt64 { 
static func random(lower: UInt64 = min, upper: UInt64 = max) -> UInt64 { 
var m: UInt64 
let u = upper - lower 
var r = arc4random(UInt64) 
if u > UInt64(Int64.max) { 
m = 1 + ~u 
} else { 
m = ((max - (u * 2)) + 1) % u 
} 
while r < m { 
r = arc4random(UInt64) 
} 
return (r % u) + lower 
} 
} 

我們來試用一下：

UInt64.random() // 4758246381445086013 

當(dāng)然jstn還提供了Int64，UInt32，Int32的實(shí)現(xiàn)，大家可以腦補(bǔ)一下。

浮點(diǎn)型隨機(jī)數(shù)

如果需要一個(gè)浮點(diǎn)值的隨機(jī)數(shù)，則可以使用drand48函數(shù)，這個(gè)函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)[0.0, 1.0]區(qū)間中的浮點(diǎn)數(shù)。這個(gè)函數(shù)的返回值是Double類型。其使用如下所示：

srand48(Int(time(nil))) 
drand48() // 0.396464773760275 

記住這個(gè)函數(shù)是需要先調(diào)用srand48生成一個(gè)種子的初始值。

一個(gè)小示例

最近寫了一個(gè)隨機(jī)鍵盤，需要對(duì)0-9這幾個(gè)數(shù)字做個(gè)隨機(jī)排序，正好用上了上面的arc4random函數(shù)，如下所示：

let arr = ["0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9"] 
let numbers = arr.sort { (_, _) -> Bool in 
arc4random() < arc4random() 
} 

在閉包中，隨機(jī)生成兩個(gè)數(shù)，比較它們之間的大小，來確定數(shù)組的排序規(guī)則。還是挺簡(jiǎn)單的。

小結(jié)

其實(shí)如果翻看一下Swift中關(guān)于C函數(shù)的API，發(fā)現(xiàn)還有許多跟隨機(jī)數(shù)相關(guān)的函數(shù)，如arc4random_addrandom，erand48等。上面的只是我們經(jīng)常用到的一些函數(shù)，這幾個(gè)函數(shù)基本上夠用了。當(dāng)然，不同場(chǎng)景有不同的需求，我們需要根據(jù)實(shí)際的需求來選擇合適的函數(shù)。

以上的代碼已上傳到github，地址是Random.playground有需要的可以參考一下。