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生成隨機數的N種方式

首先需要說明的是，計算機中生成的隨機數嚴格來說都是偽隨機，即非真正的隨機數，真正隨機數的隨機樣本不可重現。那么我們來看看代碼中有哪些方式可以生成隨機數。

rand

rand函數聲明如下：

#include <stdlib.h> 
int rand(void); 

rand函數返回[0,RAND_MAX)范圍的隨機整數，在我的機器上，RAND_MAX為2147483647。

使用示例：

rand.c 
*/ 
#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
int main(void) 
{ 
    int i = 0; 
    while(i < 5) 
    { 
        printf("%d ",rand()); 
        i++; 
     } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
} 

編譯運行：

$ gcc -o rand rand.c 
./rand 
1804289383 846930886 1681692777 1714636915 1957747793 

多運行幾次，你就會驚喜地發現，每次運行的結果都是一樣的!!!這還玩個毛線?

srand

別急，rand雖然每次運行的結果都是一樣的，那是因為它的種子默認為1。每一個種子會有一串看似隨機的序列，每次取下一個出來，整體都近乎是隨機分布的。但是如果你的種子每次都是一樣的，那么每次運行可能得到的結果也是一樣的。我們需要利用srand給它一個種子。

#include <stdlib.h> 
void srand(unsigned int seed); 

為了保證我們每次的得到的隨機數不一樣，我們必須在每次調用時，都確保種子不一樣，因此通常會選擇使用時間作為種子，注意這只是通常的種子選擇，你可以根據實際使用需求進行選擇。

于是我們在使用之前設置好種子，使用示例：

rand.c 
*/ 
#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
#include<time.h> 
int main(void) 
{ 
    srand(time(NULL));//設置隨機種子，注意只需要設置一次即可 
    int i = 0; 
    while(i < 5)//生成5個隨機數 
    { 
        printf("%d ",rand()); 
        i++; 
     } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
} 

現在好了，每次運行生成的都不一樣了。但是還有一個問題，如果這種方式在多線程下使用，也是不可取的，因為rand不是可重入函數。它的每次調用都會修改一些隱藏的屬性，因此在多線程中使用它并不合適。

rand_r

為了在多線程下使用，我們使用rand_r，使用方式和rand是一樣的：

#include <stdlib.h> 
int rand_r(unsigned int *seedp); 

使用示例：

#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
#include<time.h> 
int main(void) 
{ 
    unsigned int seed = time(NULL); 
    int i = 0; 
    while(i < 5)//生成5個隨機數 
    { 
        printf("%d ",rand_r(&seed)); 
        i++; 
    } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
} 

多線程中，多個線程可能幾乎同時調用，那它們的種子可能也一樣，如果想不一樣，還可以將種子設置成和線程id有關。

unsigned int seed  = time(NULL)^pthread_self();  

random

通過前面的例子可以發現，rand生成的整數范圍是有限的，為了生成更大范圍，可以使用random：

#include <stdlib.h> 
long int random(void); 
void srandom(unsigned int seed); 

random返回的類型為long int，因此在一定程度上，它生成的范圍要大得多。另外與rand類似，需要使用srandom函數設置種子。具體的例子就不再放出了。

生成指定范圍隨機數

前面的例子都是生成[1,RAND_MAX]之間的數，如果要生成指定區間的隨機數呢?假設a和b不超過int范圍以及它們的差值不超過rand的生成范圍。

[a,b)

左閉右開區間，即包含a，不包含：

(rand() % (b - a)) + a; 

[a,b]

左閉右閉，即包含a和b：

(rand() % (b - a + 1)) + a; 

(a,b]

左開右閉，即不包含a，包含b：

(rand() % (b-a)) + a + 1; 

[0,b]

rand() % b ; 

0到1之間的浮點數

rand()/(double)RAND_MAX; 

舉例

生成[2,10)之間的隨機數5個：

#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
#include<time.h> 
int main(void) 
{ 
    srand(time(NULL));//設置隨機種子，注意只需要設置一次即可 
    int i = 0; 
    int a = 2; 
    int b = 10; 
    while(i < 5)//生成5個隨機數 
    { 
        printf("%d ",( rand() % ( b - a ) )+ a); 
        i++; 
     } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
} 

總結

記住，通過這些方法生成的都是偽隨機數。而一個好的隨機算法，它的隨機性很強，可能需要根據使用場景去設計具體的算法。本文所介紹的僅僅是庫函數提供的隨機數生成函數。