C语言如何生成随机数——随机数原理分析

随机数介绍

在C语言中，如果想生成一个随机数，我们在百度后会很容易发现这两行代码：

srand((unsigned int)time(NULL));
int ret = rand();

为什么这两行代码就能生成随机数了呢？接下来就跟着我一起探寻其中的原理吧！

随机数是如何生成的？

C语言提供了rand函数来生成随机数，我们不妨去cplusplus.com看看吧。

通过图中的三个红圈我们可以大概了解到rand函数的基本信息：

1.rand函数不需要传参，并且返回一个整型变量。
2.返回整形变量的范围是0-RAND_MAX。
3.使用rand函数需要包含头文件

其中，RAND_MAX的值我们可以在编译器中查看：

十六进制的0x7fff转换成十进制的值为32767，即rand函数返回一个0-32767之间的整型变量。

接下来我们写一个简单的程序来看一下rand函数的效果

#include 
#include 
int main()
{
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		int ret = rand();
		printf("%d\n", ret);
	}
}

程序运行结果：

这时我们就发现问题了！

每一次运行该程序时，打印的结果居然是一样的？这还叫什么随机数呢？
接下来让我们重新回去再看一下官网对rand函数的介绍。

原来还有第二段话：

将这段话翻译一下：

这个数字是由一个算法生成的，该算法每次调用时都返回一个显然不相关的数字序列。该算法使用种子生成序列，该序列应使用函数srand初始化为某个不同的值。

原来我们还得需要使用srand函数设置随机数的生成器。那么让我们跳转到srand函数的介绍：

我们发现srand函数需要一个无符号整型参数，于是我们试着这样写代码：

怎么每次都是365呢？ 那我们吧参数改为200试试？

打印的值又发生了变化。于是我们可以得到结论：

只需每次给srand函数传一个变化的值，我们就能打印出随机数

这时候可能大家就蒙了，我们不是需要生成随机值嘛？怎么到这了又得传随机值呢？
其实大家不必担心，这里其实只需要传一个一直在变化的值给srand函数就行，那这个值在哪里找呢？
编程是为了解决生活中的问题的，而我们生活中什么东西是一直在变化的呢？
是时间，C语言提供了time函数，可以生成时间戳。 我们先介绍一下时间戳的概念：

时间戳： 当前时间与计算机起始时间的差值，单位是秒。

我们可以通过一个时间戳的转换网站来简单体会一下它。

好了，接下来我们去官网了解一下time函数吧：

我们发现time函数需要传一个指针变量作为参数，并且返回一个time_t类型的变量，而且我们在使用time函数之前，需要调用>的头文件。于是我们这样写代码：

#include 
#include 
#include 
int main()
{
	srand((unsigned int)time(NULL));
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		int ret = rand();
		printf("%d\n", ret);
	}
}

我再解释一下为什么这样写。首先，time函数需要传一个指针参数，而我们其实想要的只是它的返回值，所以我们只需要给它传一个空指针过去就行了；而time函数的返回值是time_t类型，srand函数需要一个unsigned int类型的参数，所以我们将time函数返回的值强制类型转换成unsigned int类型。

最后让我们看看结果吧：


我们可以看到每次的值都是不一样的。这一次随机数就真的生成完成了！
最后需要注意的几点：
1.srand函数在一个工程中只需要调用一次即可，否则会出现bug。
2.rand函数生成的随机数可以用%操作符将生成的数固定在我们想要的范围内。
举一个例子，比如我们想生成10-99的随机数，我们应该这样写：

rand()%90得到0-89的数字，再+10得到10-99的数字。

总结

看到这里，你应该了解了随机数生成的原理了吧？随机数在C语言学习的过程中还是会经常遇到的，比如三子棋，扫雷等小游戏的制作过程中就会使用到它。这一篇博客也算是填了上一期猜数字游戏的坑了吧！ 希望对你有所帮助。
文章如果有需要改进的地方请指正，希望大家一起讨论，一起进步！