【C語言】C語言隨機數生成教程，C語言rand和srand用法詳解

在實際編程中，我們經常需要生成隨機數，例如，貪吃蛇游戲中在隨機的位置出現食物，撲克牌游戲中隨機發牌。

在C語言中，我們一般使用 <stdlib.h> 頭文件中的 rand() 函數來生成隨機數，它的用法為：

int rand (void);

void 表示不需要傳遞參數。

C語言中還有一個 random() 函數可以獲取隨機數，但是 random() 不是標准函數，不能在 VC/VS 等編譯器通過，所以比較少用。

rand() 會隨機生成一個位於 0 ~ RAND_MAX 之間的整數。

RAND_MAX 是 <stdlib.h> 頭文件中的一個宏，它用來指明 rand() 所能返回的隨機數的最大值。C語言標准並沒有規定 RAND_MAX 的具體數值，只是規定它的值至少為 32767。在實際編程中，我們也不需要知道 RAND_MAX 的具體值，把它當做一個很大的數來對待即可。

下面是一個隨機數生成的實例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
    int a = rand();
    printf("%d\n",a);
    return 0;
}

運行結果舉例：
193

隨機數的本質

多次運行上面的代碼，你會發現每次產生的隨機數都一樣，這是怎么回事呢？為什么隨機數並不隨機呢？

實際上，rand() 函數產生的隨機數是偽隨機數，是根據一個數值按照某個公式推算出來的，這個數值我們稱之為“種子”。種子和隨機數之間的關系是一種正態分布，如下圖所示：

 

 

種子在每次啟動計算機時是隨機的，但是一旦計算機啟動以后它就不再變化了；也就是說，每次啟動計算機以后，種子就是定值了，所以根據公式推算出來的結果（也就是生成的隨機數）就是固定的。

重新播種

我們可以通過 srand() 函數來重新“播種”，這樣種子就會發生改變。srand() 的用法為：

void srand (unsigned int seed);

它需要一個 unsigned int 類型的參數。在實際開發中，我們可以用時間作為參數，只要每次播種的時間不同，那么生成的種子就不同，最終的隨機數也就不同。

使用 <time.h> 頭文件中的 time() 函數即可得到當前的時間（精確到秒），就像下面這樣：

srand((unsigned)time(NULL));

對上面的代碼進行修改，生成隨機數之前先進行播種：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    int a;
    srand((unsigned)time(NULL));
    a = rand();
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

多次運行程序，會發現每次生成的隨機數都不一樣了。但是，這些隨機數會有逐漸增大或者逐漸減小的趨勢，這是因為我們以時間為種子，時間是逐漸增大的，結合上面的正態分布圖，很容易推斷出隨機數也會逐漸增大或者減小。

生成一定范圍內的隨機數

在實際開發中，我們往往需要一定范圍內的隨機數，過大或者過小都不符合要求，那么，如何產生一定范圍的隨機數呢？我們可以利用取模的方法：

int a = rand() % 10;    //產生0~9的隨機數，注意10會被整除

隨機生成0或1

int a = rand() % 2;

如果要規定上下限：

int a = rand() % 51 + 13;    //產生13~63的隨機數

分析：取模即取余，rand()%51+13我們可以看成兩部分：rand()%51是產生 0~50 的隨機數，后面+13保證 a 最小只能是 13，最大就是 50+13=63。

最后給出產生 13~63 范圍內隨機數的完整代碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main(){
    int a;
    srand((unsigned)time(NULL));
    a = rand() % 51 + 13;
    printf("%d\n",a);
    return 0;
}

連續生成隨機數

有時候我們需要一組隨機數（多個隨機數），該怎么生成呢？很容易想到的一種解決方案是使用循環，每次循環都重新播種，請看下面的代碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    int a, i;
    //使用for循環生成10個隨機數
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        srand((unsigned)time(NULL));
        a = rand();
        printf("%d ", a);
    }
    return 0;
}

運行結果舉例：
8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

運行結果非常奇怪，每次循環我們都重新播種了呀，為什么生成的隨機數都一樣呢？

這是因為，for 循環運行速度非常快，在一秒之內就運行完成了，而 time() 函數得到的時間只能精確到秒，所以每次循環得到的時間都是一樣的，這樣一來，種子也就是一樣的，隨機數也就一樣了。