C语言产生各种随机数

1. 基本函数

   

    在C语言中取随机数所需要的函数是:

int rand(void); void srand (unsigned int n);

    rand()函数和srand()函数被声明在头文件stdlib.h中,所以要使用这两个函数必须包含该头文件:

#include <stdlib.h>

 

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2. 使用方法

 

    rand()函数返回0到RAND_MAX之间的伪随机数(pseudorandom)。RAND_MAX常量被定义在stdlib.h头文件中。其值等于32767，或者更大。

 

    srand()函数使用自变量n作为种子，用来初始化随机数产生器。只要把相同的种子传入srand()，然后调用rand()时，就会产生相同的随机数序列。因此，我们可以把时间作为srand()函数的种子，就可以避免重复的发生。如果，调用rand()之前没有先调用srand()，就和事先调用srand(1)所产生的结果一样。

 

 

 

 

 

for (int i=0; i<10; i++) {     printf("%d ", rand()%10); }

 

    每次运行都将输出：1 7 4 0 9 4 8 8 2 4

 

srand(1); for (int i=0; i<10; i++) {     printf("%d ", rand()%10); }

 

    每次运行都将输出：1 7 4 0 9 4 8 8 2 4

    例2的输出结果与例1是完全一样的。

 

srand(8); for (int i=0; i<10; i++) {     printf("%d ", rand()%10); }

 

    每次运行都将输出：4 0 1 3 5 3 7 7 1 5

   该程序取得的随机值也是在[0,10）之间，与srand(1)所取得的值不同，但是每次运行程序的结果都相同。

 

srand((unsigned)time(NULL)); for (int i=0; i<10; i++) {     printf("%d ", rand()%10); }

 

     该程序每次运行结果都不一样，因为每次启动程序的时间都不同。另外需要注意的是，使用time()函数前必须包含头文件time.h。

 

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3. 注意事项

• 求一定范围内的随机数。

     如要取[0,10)之间的随机整数，需将rand()的返回值与10求模。

 

randnumber = rand() % 10;

 

     那么，如果取的值不是从0开始呢？你只需要记住一个通用的公式。

     要取[a,b)之间的随机整数（包括a，但不包括b)，使用：

     (rand() % (b - a)) + a

• 伪随机浮点数。

     要取得0～1之间的浮点数，可以用：  

     rand() / (double)(RAND_MAX)

     如果想取更大范围的随机浮点数，比如0～100，可以采用如下方法:

     rand() /((double)(RAND_MAX)/100)

     其他情况，以此类推，这里不作详细说明。

     当然，本文取伪随机浮点数的方法只是用来说明函数的使用办法，你可以采用更好的方法来实现。

 

 

    举个例子，假设我们要取得0～10之间的随机整数（不含10本身）：

大家可能很多次讨论过随机数在计算机中怎样产生的问题，在这篇文章中，我会对这个问题进行更深入的探讨，阐述我对这个问题的理解。

     首先需要声明的是，计算机不会产生绝对随机的随机数，计算机只能产生“伪随机数”。其实绝对随机的随机数只是一种理想的随机数，即使计算机怎样发展，它也不会产生一串绝对随机的随机数。计算机只能生成相对的随机数，即伪随机数。

     伪随机数并不是假随机数，这里的“伪”是有规律的意思，就是计算机产生的伪随机数既是随机的又是有规律的。怎样理解呢？产生的伪随机数有时遵守一定的规律，有时不遵守任何规律；伪随机数有一部分遵守一定的规律；另一部分不遵守任何规律。比如“世上没有两片形状完全相同的树叶”，这正是点到了事物的特性，即随机性，但是每种树的叶子都有近似的形状，这正是事物的共性，即规律性。从这个角度讲，你大概就会接受这样的事实了：计算机只能产生伪随机数而不能产生绝对随机的随机数。

 

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     那么计算机中随机数是怎样产生的呢？有人可能会说，随机数是由“随机种子”产生的。没错，随机种子是用来产生随机数的一个数，在计算机中，这样的一个“随机种子”是一个无符号整形数。那么随机种子是从哪里获得的呢？

     下面看这样一个C程序：

 

//rand01.c #include<dos.h> static unsigned int RAND_SEED; unsigned int random(void) {     RAND_SEED=(RAND_SEED*123+59)%65536;     return(RAND_SEED); } void random_start(void) {     int temp[2];     movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);     RAND_SEED=temp[0]; } main() {     unsigned int i,n;     random_start();     for(i=0;i<10;i++)         printf("%u\t",random());     printf("\n"); }

 

     这个程序（rand01.c）完整地阐述了随机数产生的过程：
     首先，主程序调用random_start()方法，random_start()方法中的这一句我很感兴趣：

    movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);

     这个函数用来移动内存数据，其中FP_SEG（far pointer to segment）是取temp数组段地址的函数，FP_OFF（far pointer to offset）是取temp数组相对地址的函数，movedata函数的作用是把位于0040:006CH存储单元中的双字放到数组temp的声明的两个存储单元中。这样可以通过temp数组把0040:006CH处的一个16位的数送给RAND_SEED。

     random用来根据随机种子RAND_SEED的值计算得出随机数，其中这一句：

     RAND_SEED = (RAND_SEED*123+59)e536;

     是用来计算随机数的方法，随机数的计算方法在不同的计算机中是不同的，即使在相同的计算机中安装的不同的操作系统中也是不同的。我在linux和windows下分别试过，相同的随机种子在这两种操作系统中生成的随机数是不同的，这说明它们的计算方法不同。

     现在，我们明白随机种子是从哪儿获得的，而且知道随机数是怎样通过随机种子计算出来的了。那么，随机种子为什么要在内存的0040:006CH处取？0040:006CH处存放的是什么？

     学过《计算机组成原理与接口技术》这门课的人可能会记得在编制ROM BIOS时钟中断服务程序时会用到Intel 8253定时/计数器，它与Intel 8259中断芯片的通信使得中断服务程序得以运转，主板每秒产生的18.2次中断正是处理器根据定时/记数器值控制中断芯片产生的。在我们计算机的主机板上都会有这样一个定时/记数器用来计算当前系统时间，每过一个时钟信号周期都会使记数器加一，而这个记数器的值存放在哪儿呢？没错，就在内存的0040:006CH处，其实这一段内存空间是这样定义的：

       TIMER_LOW     DW ? ；地址为 0040:006CH
      TIMER_HIGH    DW ? ；地址为 0040:006EH
      TIMER_OFT     DB ? ；地址为 0040:0070H

      时钟中断服务程序中，每当TIMER_LOW转满时，此时，记数器也会转满，记数器的值归零，即TIMER_LOW处的16位二进制归零，而TIMER_HIGH加一。rand01.c中的

     movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);

      正是把TIMER_LOW和TIMER_HIGH两个16位二进制数放进temp数组，再送往RAND_SEED，从而获得了“随机种子”。

      现在，可以确定的一点是，随机种子来自系统时钟，确切地说，是来自计算机主板上的定时/计数器在内存中的记数值。这样，我们总结一下前面的分析，并讨论一下这些结论在程序中的应用：

     1.随机数是由随机种子根据一定的计算方法计算出来的数值。所以，只要计算方法一定，随机种子一定，那么产生的随机数就不会变。

     看下面这个C++程序：

 

//rand02.cpp #include <iostream> #include <ctime> using namespace std; int main() {     unsigned int seed = 5;     srand(seed);     unsigned int r = rand();     cout << r << endl; }

 

      在相同的平台环境下，编译生成exe后，每次运行它，显示的随机数都是一样的。这是因为在相同的编译平台环境下，由随机种子生成随机数的计算方法都是一样的，再加上随机种子一样，所以产生的随机数就是一样的。

      2.只要用户或第三方不设置随机种子，那么在默认情况下随机种子来自系统时钟（即定时/计数器的值）

     看下面这个C++程序：

 

//rand03.cpp #include <iostream> #include <ctime> using namespace std; int main() {     srand((unsigned)time(NULL));     unsigned int r = rand();    cout << r << endl;     return 0; }

 

     这里用户和其他程序没有设定随机种子，则使用系统定时/计数器的值做为随机种子，所以，在相同的平台环境下，编译生成exe后，每次运行它，显示的随机数会是伪随机数，即每次运行显示的结果会有不同。

 

3.建议：如果想在一个程序中生成随机数序列，需要至多在生成随机数之前设置一次随机种子。     看下面这个用来生成一个随机字符串的C++程序： //rand04.cpp #include<iostream> #include<time.h> using namespace std; int main() {     int rNum,m = 20;     char *ch = new char[m];     for ( int i = 0; i < m; i++ )     {         //大家看到了，随机种子会随着for循环在程序中设置多次         srand((unsigned)time(NULL));         rNum = 1+(int)((rand()/(double)RAND_MAX)*36); //求随机值         switch (rNum)         {         case 1: ch[i]='a';             break ;         case 2: ch[i]='b';             break ;         case 3: ch[i]='c';            break ;         case 4: ch[i]='d';             break ;         case 5: ch[i]='e';             break ;         case 6: ch[i]='f';             break ;         case 7: ch[i]='g';             break ;         case 8: ch[i]='h';             break ;         case 9: ch[i]='i';             break ;         case 10: ch[i]='j';            break ;         case 11: ch[i]='k';            break ;        case 12: ch[i]='l';             break ;         case 13: ch[i]='m';             break ;