C语言之随机数的生成---rand函数

一、 rand函数 - 产生一个伪随机数

1. 函数介绍

int rand (void);//使用时包含头文件#include

rand函数在使用的时候无需传参，调用该函数时它返回一个介于0和RAND_MAX(32767)之间的伪随机整数。
例如:我们用rand函数生成10个随机数。

#include 
#include 

int main()
{
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		printf("%d ", rand());//每次rand函数返回的都是不同的数字
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

运行结果如下：

当我们重复运行上面的代码时，我们会发现，每次的运行结果都是一样的，这说明了这里的随机指的是，如果程序持续运行，rand返回不同的数字，而这里每次程序运行结果都是相同序列明显不相关的数字，并没有做到真正意义上的随机。这是因为rand函数生成的随机数是由一个算法生成的，该算法每次调用它时都会返回一系列明显不相关的数字。而该算法是使用不同种子来生成不同的序列，且序列使用函数srand初始化为一些不同种子。如果用rand函数之前并没有调用srand函数来初始化进去不同的种子，它就会默认为1为种子，来生成随机数序列。而我们上面的程序，就是没有用srand函数初始化不同的种子，它都默认1为种子来生成随机数序列，而相同种子生成的随机数序列是相同的，因此当我们重复运行上面的代码时，程序每次的运行结果都是一样的。接下来我们就来了解一下srand函数是如何用不同的种子来进行初始化的。

二、 srand函数

1.函数介绍

> void srand (unsigned int seed);//使用时包含头文件#include

srand函数是用来初始化随机数生成器，它只有一个参数，这个参数就是伪随机数生成器算法用作种子的整数值。
注意事项：

• 对于srand调用中使用的不同种子值，可以使得伪随机数生成器在随后的rand调用中生成不同的连续结果。
  例如：用10作为种子和20作为种子生成随机。

#include 
#include 

int main()
{
	srand(10);//10作为种子
	//srand(20);//20作为种子
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		printf("%d ", rand());//每次rand函数返回的都是不同的数字
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

10作为种子运行结果如下:
20作为种子运行结果如下:
从两次代码运行结果就可以验证这一说法。

• 如果调用srand函数并将seed设置为1，则生成器将被重新初始化为其初始值，则与没调用srand函数产生相同的值。

例如：用1作为种子调用srand和不调用srand。

#include 
#include 

int main()
{
	srand(1);//1作为种子
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
	{
		printf("%d ", rand());//每次rand函数返回的都是不同的数字
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

运行结果如下:

把1作为种子调用srand函数生成的10个随机和上面没调用srand相比较（没调用sran函数时，种子也默认设置成1），我们不难发现两次生成的随机数是一模一样的。

• 使用相同种子来初始化随机数生成器将在对rand的后续调用中生成相同的连续结果。

从上面用1作为种子调用srand和不调用srand的例子我们可以看出相用同种子初始化随机数生成器，将产生相同的随机数序列，这里就不在举例，读者下去可自行测试。
我们如何才能使得程序每次运行的时候让srand自动获取到不同的种子呢？接下来我们介绍一下time函数便可以知晓答案。

三、 time函数

1.函数介绍

time_t time (time_t* timer);//使用时包含头文件#include

time函数的功能是获取当前时间，并返回自1970年1月1日00:00到当前时间以来的秒数（时间戳），time函数只有1个参数，如果参数不是空指针，它还会将计算的时间戳存储在指针指向的变量中，该参数也可以是空指针，在这种情况下，不使用该参数，但函数仍然返回时间戳。
例如:计算当前时间的时间戳。

#include 
#include 
int main()
{
	printf("1970年1月1日00:00到当前时间以来的秒数:%d\n", time(NULL));
	return 0;
}

运行结果如下:
当我们每次运行上面打的代码的时候会发现，每次打印的数字都不一样，这是因为每次运行程序的时间不同，time函数返回的时间戳就不同，因此我们可以用time函数返回的时间戳当作srand初始化随机生成器的种子。
注意事项:

• srand的参数类型是unsigned int，而time函数的返回值是time_t,因此把time函数的返回值当srand函数的参数时，需要强制类型转换一下。
• 而我们也不需要time函数通过参数把时间戳存储起来，因此可以给传一个空指针(NULL)。
  代码如下：
• srand函数在每次程序运行的时候在调用rand函数之前调用一次即可，只需要保证这次运行程序的种子和下次运行程序的种子不同。

srand((unsigned int)time(NULL));

四、rand函数简单应用

1.rand函数生成[a, b]范围内的数字

• 我们知道，如果我们要想生成1~100内的随机数，只需要用生成的随机数%100，就能得到 0~99之间的数字，然后在此基础上+1，即可得到，即
  rand() % 100 + 1。
• 因此我们要生成[a, b]范围内的数字，只需要用生成的随机数%(b-a+1)，就能得到 0~(b-a)之间的数字，然后在此基础上+a，即可得到[a, b]范围内的数字,即
  rand() % (b-a+1) + a

2. 猜数字游戏实现

• 游戏规则:系统随机生成一个1~100的数字,让玩家来猜，若玩家猜大了，提示玩家猜大了，并让其重新猜，猜小了也同理，直到玩家猜对为止。
  代码如下：`

//猜数字游戏
//数字范围 0 ~ 100
#include 
#include 

//打印菜单
void menu()
{
	printf("******************************\n");
	printf("********** 1. play ***********\n");
	printf("********** 0. exit ***********\n");
	printf("******************************\n");
}
//游戏逻辑
void game()
{
	int guess = 0;
	int ret = rand() % 100 + 1;//生成随机数
	while (1)
	{
		printf("请输入你要猜的数字>:");
		scanf("%d", &guess);
		if (guess > ret)
		{
			printf("猜大了\n");
		}
		else if (guess < ret)
		{
			printf("猜小了\n");
		}
		else
		{
			printf("恭喜你，猜对了!!!\n");
			break;
		}
	}
}
int main()
{
	int input = 0;
	srand((unsigned int)time(NULL));//使用rand函数之前需要调用srand函数，设置随机数的种子，每次程序运行的时候调用一次即可
	do
	{
		menu();
		printf("请输入你的选择>:");
		scanf("%d", &input);

		switch(input)
		{
			case 1:
				game();
				break;
			case 0:
				printf("退出游戏\n");
				break;
			default:
				printf("输入错误,请重新输入\n");
				break;
		}
	} while (input);
	return 0;
}

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