# 随机数

在实际编程中，我们经常需要生成随机数，在C语言中，我们一般使用 <stdlib.h> 头文件中的 rand() 函数来生成随机数，它的用法为：

```c
int rand(void); //void 表示不需要传递参数。
```

C语言中还有一个 random() 函数可以获取随机数，但是 random() 不是标准函数，不能在 VC/VS 等编译器通过，所以比较少用。

rand() 会随机生成一个位于 0 ~ RAND_MAX 之间的整数。RAND_MAX 是 <stdlib.h> 头文件中的一个宏，它用来指明 rand() 所能返回的随机数的最大值。C语言标准并没有规定 RAND_MAX 的具体数值，只是规定它的值至少为 32767。在实际编程中，我们也不需要知道 RAND_MAX 的具体值，把它当做一个很大的数来对待即可。

```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(){
    int a = rand();
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}
```

## 随机数的本质

多次运行上面的代码，你会发现每次产生的随机数都一样，这是怎么回事呢？为什么随机数并不随机呢？

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”。种子和随机数之间的关系是一种正态分布。种子在每次启动计算机时是随机的，但是一旦计算机启动以后它就不再变化了；也就是说，每次启动计算机以后，种子就是定值了，所以根据公式推算出来的结果（也就是生成的随机数）就是固定的。

## 重新播种

我们可以通过 srand() 函数来重新“播种”，这样种子就会发生改变。srand() 的用法为：

```c
void srand(unsigned int seed);
```

它需要一个 unsigned int 类型的参数。在实际开发中，我们可以用时间作为参数，只要每次播种的时间不同，那么生成的种子就不同，最终的随机数也就不同。使用 <time.h> 头文件中的 time() 函数即可得到当前的时间（精确到秒），就像下面这样：

```c
srand((unsigned)time(NULL));
```

对上面的代码进行修改，生成随机数之前先进行播种：

```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main(){
    int a;
    srand((unsigned)time(NULL));
    a = rand();
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}
```

多次运行程序，会发现每次生成的随机数都不一样了。但是，这些随机数会有逐渐增大或者逐渐减小的趋势，这是因为我们以时间为种子，时间是逐渐增大的，结合上面的正态分布图，很容易推断出随机数也会逐渐增大或者减小。

## 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？我们可以利用取模的方法：

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

如果要规定上下限：

```c
int a = rand() % 51 + 13;    //产生13~63的随机数
```

分析：取模即取余，`rand()%51+13`我们可以看成两部分：`rand()%51`是产生 0~50 的随机数，后面`+13`保证 a 最小只能是 13，最大就是 50+13=63。

## 连续生成随机数

有时候我们需要一组随机数（多个随机数），该怎么生成呢？很容易想到的一种解决方案是使用循环，每次循环都重新播种，请看下面的代码：

```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    int a, i;
    //使用for循环生成10个随机数
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        srand((unsigned)time(NULL));
        a = rand();
        printf("%d ", a);
    }
    return 0;
}
```

如果仅仅是利用重新播种是不行的，因为这里的循环太快了，都是在1秒钟之内完成的，时间函数输出的秒数是同样的值，这些同样的值作为种子数当然得到相同的“果实”（随机数）。用暂停函数进一步改进一下：

```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <windows.h>
int main() {
    int a, i;
    //使用for循环生成10个随机数
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        srand((unsigned)time(NULL));
        a = rand();
        printf("%d ", a);
        Sleep(1500);
    }
    return 0;
}
```

那么再次改进下，限制一定的范围，设定范围为(min, max)，这里的规律就是，如果要设定范围(min, max)，那么值需要`rand()%(max-min) + min`。进一步改进：

```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <windows.h>
int main() {
    int a, i;
    //使用for循环生成10个随机数
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        srand((unsigned)time(NULL));
        a = rand() % (100 - 50) + 50;
        printf("%d ", a);
        Sleep(1500);
    }
    return 0;
}
```




<!-- markdown for nginx, see https://phus.lu -->
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