用rand()和srand()产生为随机数的方法总结

本文深入探讨了C++标准库中rand()和srand()函数的原理和应用,包括如何生成伪随机数、随机数种子的作用以及如何在不同场景下获取特定范围内的随机数。通过实例演示了如何在0~6之间生成随机整数,并解释了time_t time(0)如何用于确保每次程序运行时生成不同的随机数。此外,还介绍了如何利用rand()函数生成0~1之间的伪随机浮点数及其在不同范围内的应用。

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标准库<cstdlib>(被包含于<iostream>中)提供两个帮助生成伪随机数的函数:

函数一:int rand(void);
从srand (seed)中指定的seed开始,返回一个[seed, RAND_MAX(0x7fff))间的随机整数。

函数二:void srand(unsigned seed);
参数seed是rand()的种子,用来初始化rand()的起始值。

可以认为rand()在每次被调用的时候,它会查看:
1) 如果用户在此之前调用过srand(seed),给seed指定了一个值,那么它会自动调用
srand(seed)一次来初始化它的起始值。
2) 如果用户在此之前没有调用过srand(seed),它会自动调用srand(1)一次。

根据上面的第一点我们可以得出:
1) 如果希望rand()在每次程序运行时产生的值都不一样,必须给srand(seed)中的seed一个变值,这个变值必须在每次程序运行时都不一样(比如到目前为止流逝的时间)。
2) 否则,如果给seed指定的是一个定值,那么每次程序运行时rand()产生的值都会一样,虽然这个值会是[seed, RAND_MAX(0x7fff))之间的一个随机取得的值。
3) 如果在调用rand()之前没有调用过srand(seed),效果将和调用了srand(1)再调用rand()一样(1也是一个定值)。

举几个例子,假设我们要取得0~6之间的随机整数(不含6本身):

例一,不指定seed:
for(int i=0;i<10;i++){
ran_num=rand() % 6;
cout<<ran_num<<" ";
}
每次运行都将输出:5 5 4 4 5 4 0 0 4 2

例二,指定seed为定值1:
srand(1);
for(int i=0;i<10;i++){
ran_num=rand() % 6;
cout<<ran_num<<" ";
}
每次运行都将输出:5 5 4 4 5 4 0 0 4 2
跟例子一的结果完全一样。

例三,指定seed为定值6:
srand(6);
for(int i=0;i<10;i++){
ran_num=rand() % 6;
cout<<ran_num<<" ";
}
每次运行都将输出:4 1 5 1 4 3 4 4 2 2
随机值也是在[0,6)之间,随得的值跟srand(1)不同,但是每次运行的结果都相同。

例四,指定seed为当前系统流逝了的时间(单位为秒):time_t time(0):
#include <ctime>
//…
srand((unsigned)time(0));
for(int i=0;i<10;i++){
ran_num=rand() % 6;
cout<<ran_num<<" ";
}
第一次运行时输出:0 1 5 4 5 0 2 3 4 2
第二次:3 2 3 0 3 5 5 2 2 3
总之,每次运行结果将不一样,因为每次启动程序的时刻都不同(间隔须大于1秒?见下)。

关于time_t time(0):

time_t被定义为长整型,它返回从1970年1月1日零时零分零秒到目前为止所经过的时间,单位为秒。比如假设输出:
cout<<time(0);
值约为1169174701,约等于37(年)乘365(天)乘24(小时)乘3600(秒)(月日没算)。

另外,关于ran_num = rand() % 6,

将rand()的返回值与6求模是必须的,这样才能确保目的随机数落在[0,6)之间,否则rand()的返回值本身可能是很巨大的。
一个通用的公式是:
要取得[a,b)之间的随机整数,使用(rand() % (b-a))+ a (结果值将含a不含b)。
在a为0的情况下,简写为rand() % b。

最后,关于伪随机浮点数:

用rand() / double(RAND_MAX)可以取得0~1之间的浮点数(注意,不同于整型时候的公式,是除以,不是求模),举例:
double ran_numf=0.0;
srand((unsigned)time(0));
for(int i=0;i<10;i++){
ran_numf = rand() / (double)(RAND_MAX);
cout<<ran_numf<<" ";
}
运行结果为:0.716636,0.457725,…等10个0~1之间的浮点数,每次结果都不同。

如果想取更大范围的随机浮点数,比如1~10,可以将
rand() /(double)(RAND_MAX) 改为 rand() /(double)(RAND_MAX/10)
运行结果为:7.19362,6.45775,…等10个1~10之间的浮点数,每次结果都不同。
至于100,1000的情况,如此类推。

以上不是伪随机浮点数最好的实现方法,不过可以将就着用用…

### 如何使用 `srand` `rand` 函数生成随机数 在 C 语言中,`rand()` 是用来生成随机数的函数,而 `srand()` 则是用来初始化随机数生成器的种子值。如果没有调用 `srand()` 或者多次重复调用 `rand()` 而不改变种子值,则每次程序运行时生成随机数序列将是完全一致的。 为了确保每次执行程序都能获得不同的随机数序列,通常会结合 `srand()` 来设置一个基于当前时间的时间戳作为种子值[^1]。以下是具体的实现方式: #### 示例代码 以下是一个完整的示例,展示如何利用 `srand` `rand` 连用生成一系列随机数: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> int main() { int i; int n = 5; // 定义要生成随机数数量 // 设置随机数种子为当前时间戳 srand((unsigned) time(NULL)); printf("生成的 %d 个随机数如下所示:\n", n); for (i = 0; i < n; i++) { int random_num = rand(); // 调用 rand() 获取随机数值 printf("%d\n", random_num); } return 0; } ``` 在这段代码中,`srand((unsigned) time(NULL))` 将系统的当前时间转换成无符号整型并传递给 `srand()` 函数作为种子值[^2]。由于每秒的时间都不同,因此几乎可以保证每次运行此程序都会得到新的随机数序列。 需要注意的是,虽然这种方法能够提供足够的不可预测性以满足大多数应用需求,但它并不适合于安全性要求极高的场景(如加密)。这是因为这些由线性同余方法或其他简单算法产生的所谓“随机”数实际上是可重现且周期性的[^3]。 ### 注意事项 - 如果未显式调用 `srand()` 初始化种子,默认情况下许多编译器会采用固定值(通常是1)作为初始种子。 - 当需要在同一进程中多次重置随机数流时,应重新调用 `srand()` 并传入新种子。
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