C 语言 rand 和 srand 使用方法

前言

有时我们想用 rand() 生成一组随机数，虽然我们调用了 srand()，但生成的值还是一样。为什么会产生这种情况？又该如何解决？下面将用第一视角一起探究这其中的奥秘。

问题出现

场景描述：

我想生成一组整型随机数，放入数组中，用来测试自己的排序是否正确。于是我写出了下面的代码，用来生成随机数。

先简单了解下用到的函数：

// 成功时返回编码成 time_t 对象的当前日历时间
time_t time(time_t* timer);

// 以值 seed 播种 rand() 所用的随机数生成器
// 通常来说，应该只播种一次随机数生成器
// 在程序开始处，任何到 rand() 的调用前
void srand(unsigned seed);

// 产生一个伪随机数
// 返回 0 与 RAND_MAX 间的随机整数值
int rand(void);

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

int main() {
  int arr[10] = {0};
  
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    srand((unsigned)time(NULL));
    // 两个相减是为了出现负的随机数，使测试范围更广
    arr[i] = (rand() % 100 + 1) - (rand() % 100 + 1);
    printf("%d ", arr[i]);
  }
  return 0;
}

我发现尽管我调用了 srand()，可生成的数组值还是同一个。

我思考后想到，因为 for 循环执行速度太快，整个程序都是在一秒内完成的。所以出现了都是同一个值的情况。

初步解决

于是我想出了下面的解决方法：

我可以在 for 循环内调用 sleep()，让我的电脑休眠一下，这样就不会出现上述情况了。

于是我写出了下方的代码：

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

int main() {
  int arr[10] = {0};

  for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    sleep(1);
    srand((unsigned)time(NULL));
    arr[i] = (rand() % 100 + 1) - (rand() % 100 + 1);
    printf("%d\n", arr[i]);
  }
  return 0;
}

通过休眠后，就成功解决问题了。

可是，如果睡眠时间太短，那么还是会出现重复的现象；如果睡眠时间太长，程序运行速度就太慢。

最终方法

因为上述的原因，我继续查询资料，了解了 rand() 和 srand() 的原理，成功解决了该问题。

给 srand() 传入一个数值后，srand() 会根据这个值生成一个随机序列表（通常有 4,294,967,296 个数），传入相同的数生成的序列表是相同的。然后 rand() 从序列的头部取出一个数返回，并将这个数放在随机序列表尾部。

此时，上面出现的问题也很好解决了。因为计算机运行速度很快，所以我们每次进入循环都会生成一个相同的随机序列表，rand() 只会取出其第一个数。

要解决这个问题，我们只需要在循环前调用一次 srand() 就好了，这样就不会重复生成序列表了。

下方是最终的代码：

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

int main() {
  int arr[10] = {0};
  srand((unsigned int)time(NULL));
  
  for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    arr[i] = (rand() % 100 + 1) - (rand() % 100 + 1);
    printf("%d ", arr[i]);
  }
  return 0;
}