rand函数的实现原理

最新推荐文章于 2025-06-08 16:26:33 发布

开水

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分类专栏： c++ 文章标签： c++ c rand srand

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rand函数的实现原理

rand函数产生的是伪随机数，也就是说它不是一个真实的随机数。

那么伪随机数是怎么实现的呢？原理大概如下：

如果约定： $a_1 = f(seed), a_{n+1} = f(a_n)$ 那你可以行到一个序列： $a_1, a_2, a_3 ... a_n$ ，那么要制作一个伪随机函数rand，只需要让它每调用一次就返回序列的下一个元素就行。

就相当于第1次调用rand返回 $a_1$ ，第2次返回 $a_2$ ，…，第n次返回 $a_n$ ，这样每次调rand都能拿到一个不同的数，只要整个序列的规律不明显，整个函数看起来就是随机的。

现在计算机上的rand函数都是用这样的原理实现的，这里的seed被称为“随机数种子”。

但这里有一个问题，如果seed不变，那我们每次调用rand函数获取的序列都是相同的。这就会造成有的程序跑一遍退出后，再重新跑一遍，两次的输出结果是相同的。所以我们还需要一个接口去设置seed值，这个接口就是srand函数。

linux下的rand是用类似下面的代码实现的：

static unsigned long next = 1;

/* RAND_MAX assumed to be 32767 */
int myrand(void) {
    next = next * 1103515245 + 12345;
    return((unsigned)(next/65536) % 32768);
}

void mysrand(unsigned seed) {
    next = seed;
}

myrand、mysrand分别对应rand和srand，但实际的rand实现会复杂一些。

使用rand函数的一个问题

有些人使用rand函数时，因为初始化时没有调用srand会造成程序每次运行输出结果都相同：http://ask.youkuaiyun.com/questions/174871

如果你没有调用srand设置随机数种子，seed的默认值会是0，而seed为0时所决定的序列是固定的，而第一次调用rand()就是返回这个固定序列里的第1个元素，那它的值也是固定的，自然你的程序每次输出都一样了。

所以正确的写法应该是程序初始化时用srand设置不同的随机数种子（只需要设置一次），例如srand(time(NULL))，但要注意，time(NULL)的值是隔1秒才改变一次的，必要情况下可以考虑使用精度更高的时间函数，如gettimeofday。

下面这段程序，只要你不是在同一秒内执行两次，每次输出结果都是不一样的：

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

int main()
{
    srand(time(NULL));     // 设置随机数种子 
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        printf("%u\n", rand());
    }
    getchar();
    return 0;
}