编程

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苏木2026-03-17
1864
7.4m

LV015-随机数 ​

本文主要是用Linux系统中获取随机数的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

一、随机数 ​

在很多时候我们都有可能会用到随机数，就自己一个一个写吗？不可能的，这辈子都不可能自己写的，哈哈。

1. 伪随机数？ ​

随机数是随机出现，没有任何规律的一组数列。在我们编程当中，是没有办法获得真正意义上的随机数列的，这是一种理想的情况，在我们的程序当中想要使用随机数列，只能通过算法得到一个伪随机数序列，那在编程当中说到的随机数，基本都是指伪随机数。

2. rand() 函数 ​

2.1 函数说明 ​

在linux下可以使用man 3 rand命令查看该函数的帮助手册。

c
/* 需包含的头文件 */
#include <stdlib.h>
    
/* 函数声明 */
int rand(void);

【函数说明】该函数用于获取一个随机数，多次调用可以得到一组随机数序列。

【函数参数】none

【返回值】int类型，返回一个介于0到RAND_MAX（包含）之间的值，也就是闭区间上的[0, RAND_MAX]。我在Ubuntu 21.04的64位版本上试了一下，这个RAND_MAX值是2147483647。

【使用格式】一般情况下基本使用格式如下：

c
/* 需要包含的头文件 */
#include <stdlib.h>

/* 至少应该有的语句 */
int a;
a = rand();

【注意事项】

（1）调用rand()可以得到[0, RAND_MAX]之间的伪随机数，多次调用rand()便可以生成一组伪随机数序列，但是需要注意，就是每一次运行程序所得到的随机数序列都是相同的。

（2）这里需要提到一个叫做种子的概念，rand()函数通过种子生成随机数序列，当种子相同时，生成的随机数是相同的，当我们没有使用设置中子的函数（srand()）时，也就是说如果没有提供种子值，rand()函数将自动以1作为种子值，所以每次程序运行产生的随机数序列都是一样的。

2.2 使用实例 ​

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

int main(int arc, char *argv[])
{
	int i = 0;
	/* 打印随机数序列 */
	printf("[");
	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		printf("%d", rand() % 100);
		if (i != 8 - 1) 
			printf(", ");
	}
	printf("]\n");
	return 0;
}

在终端执行以下命令编译程序：

shell
gcc test.c -Wall # 生成可执行文件 a.out 
./a.out # 执行可执行程序

然后，终端会有以下信息显示：

shell
[83, 86, 77, 15, 93, 35, 86, 92]

我们多运行几次，就会发现，产生的随机数永远都是这几个，也就是每个程序每次运行的时候得到的随机数都是一样的。

3. srand() 函数 ​

3.1 函数说明 ​

在linux下可以使用man 3 srand命令查看该函数的帮助手册。

c
/* 需包含的头文件 */
#include <stdlib.h>

/* 函数声明 */
void srand(unsigned int seed);

【函数说明】该函数并不是用于生成随机数，srand()函数将其参数设置为rand()返回的伪随机整数新序列的种子。通过使用相同的种子值调用srand()，也可以得到相同的伪随机数序列。

【函数参数】

  • seed：unsigned int类型，作为产生随机数的种子，一般参数会设置为日历时间，就是通过time()函数获取的秒数，这样可以保证每次程序的运行所得到的的随机数序列不同。

【返回值】none

【使用格式】一般情况下基本使用格式如下：

c
/* 需要包含的头文件 */
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

/* 至少应该有的语句 */
srand(time(NULL));

【注意事项】该函数需要与与rand()一起使用。

3.2 使用实例 ​

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main(int arc, char *argv[])
{
	int i = 0;

	/* 打印随机数序列 */
	srand(time(NULL));
	printf("[");
	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		printf("%d", rand() % 100);
		if (i != 8 - 1)
			printf(", ");
	}
	printf("]\n");

	return 0;
}

在终端执行以下命令编译程序：

shell
gcc test.c -Wall # 生成可执行文件 a.out 
./a.out # 执行可执行程序

然后，多运行几次，会发现产生的随机数序列是不同的了：

image-20220621161530781

4. rand_r() 函数 ​

4.1 函数说明 ​

在linux下可以使用man 3 rand_r命令查看该函数的帮助手册。

c
/* 需包含的头文件 */
#include <stdlib.h>

/* 函数声明 */
int rand_r(unsigned int *seedp);

【函数说明】该函数也用于生成随机数，与rand()不同的是，它自带种子参数。

【函数参数】

  • seedp：unsigned int类型的指针变量，用于在调用之间存储状态，说实话，有点不理解这句话。在man手册中有说，如果rand_r()被调用时带有seedp指向的整数的相同初始值，并且在调用之间不修改该值，那么将产生相同的伪随机序列。当这个值改变的时候，产生的随机序列也会发生变化。

【返回值】int类型，返回一个介于0到RAND_MAX（包含）之间的值，也就是闭区间上的[0, RAND_MAX]。

【使用格式】一般情况下基本使用格式如下：

c
/* 需要包含的头文件 */
#include <time.h>

/* 至少应该有的语句 */
int a;
unsigned int b = 1;
a = rand_r(&b);

【注意事项】

（1）该函数与rand()一样，每一次运行程序所得到的随机数序列都是相同的，想要每次产生不同的随机序列，我们可以使用日历时间作为随机数产生的种子，因为时间是不断变化的，所以每次启动程序，都会有不一样的种子，这也就意味着得到的随机序列也是不同的。

（2）seedp的值，在一次调用之后似乎会自己变化，需要重新赋值，至少我自己尝试的时候是有这样的情况产生，无法将这个值++或者--。

4.2 使用实例1 ​

下边的这个实例，每次程序启动产生的随机序列都会与上一次一样。

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

int main(int arc, char *argv[])
{
	int i = 0;
	int j = 0;
	unsigned int num = 0;

	/* 打印随机数序列 */
	for(j = 0; j < 5; j++)
	{
		num = j;
		if(j > 3) num = 0;
		printf("j = %d,num = %d[", j, num);
		for (i = 0; i < 8; i++)
		{
			printf("%d", rand_r(&num) % 100);
			if (i != 8 - 1)
				printf(", ");
		}
		printf("]\n");
	}
	return 0;
}

在终端执行以下命令编译程序：

shell
gcc test.c -Wall # 生成可执行文件 a.out 
./a.out # 执行可执行程序

然后，多运行几次，会发现产生的随机数序列是相同的：

image-20220621161920515

4.3 使用实例2 ​

下边的这个实例，每次程序启动产生的随机序列都会与上一次不同。

c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main(int arc, char *argv[])
{
	int i = 0;
	unsigned int tm;
	tm = (unsigned int)time(NULL);
	/* 打印随机数序列 */

	printf("[");
	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		printf("%d", rand_r(&tm) % 100);
		if (i != 8 - 1)
			printf(", ");
	}
	printf("]\n");

	return 0;
}

在终端执行以下命令编译程序：

shell
gcc test.c -Wall # 生成可执行文件 a.out 
./a.out # 执行可执行程序

然后，终端会有以下信息显示：

image-20220621162216261