生成隨機(jī)數(shù)的概念

??生成隨機(jī)數(shù)是指按照一定的規(guī)律，產(chǎn)生一些看似無規(guī)律的數(shù)字序列。在計(jì)算機(jī)中，通常使用隨機(jī)數(shù)生成器來生成隨機(jī)數(shù)。隨機(jī)數(shù)生成器可以分為真隨機(jī)數(shù)生成器和偽隨機(jī)數(shù)生成器兩種。真隨機(jī)數(shù)生成器是利用物理現(xiàn)象產(chǎn)生的隨機(jī)事件（如放射性衰變）來生成隨機(jī)數(shù)。而偽隨機(jī)數(shù)生成器是利用算法產(chǎn)生的數(shù)字序列，雖然看似無規(guī)律，但實(shí)際上是可以預(yù)測(cè)的。

??在計(jì)算機(jī)中，通常使用偽隨機(jī)數(shù)生成器來生成隨機(jī)數(shù)。偽隨機(jī)數(shù)生成器通常由一個(gè)種子值和一個(gè)算法組成。種子值是生成隨機(jī)數(shù)的起始值，而算法則是根據(jù)種子值和一些數(shù)學(xué)運(yùn)算來產(chǎn)生下一個(gè)隨機(jī)數(shù)。為了讓生成的隨機(jī)數(shù)更加隨機(jī)，通常會(huì)將種子值設(shè)置為當(dāng)前的時(shí)間戳，以確保每次運(yùn)行程序時(shí)生成的隨機(jī)數(shù)都不同。

相關(guān)函數(shù)介紹

??由于在生成隨機(jī)數(shù)的時(shí)候會(huì)使用到某些函數(shù)，接下來先進(jìn)行補(bǔ)充。

time()函數(shù)

??C語言的time()函數(shù)原型為：

time_t time(time_t *t);

??其中，time_t是C語言標(biāo)準(zhǔn)庫中的一種時(shí)間類型，time()函數(shù)的返回值類型為time_t。該函數(shù)的作用是獲取當(dāng)前時(shí)間的秒數(shù)，并將其返回。如果將一個(gè)time_t類型的指針傳遞給該函數(shù)，它會(huì)將當(dāng)前時(shí)間的秒數(shù)存儲(chǔ)在該指針?biāo)赶虻淖兞恐小?/p>

??以下是一個(gè)簡單的示例：

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    time_t time_value;
    time_value = time(NULL);

    printf("time_value：%ld\n", time_value);

    return 0;
}

??在Linux中的運(yùn)行結(jié)果為：

??該程序輸出的是當(dāng)前時(shí)間的秒數(shù)。如果想要將時(shí)間戳轉(zhuǎn)換為其他形式的時(shí)間表示，可以使用C語言標(biāo)準(zhǔn)庫中的其他函數(shù)，例如gmtime()、localtime()等。

?? time(NULL)函數(shù)獲取的是從1970年1月1日0時(shí)0分0秒開始到當(dāng)前時(shí)刻的秒數(shù)，即Unix時(shí)間戳。Unix時(shí)間戳是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中常用的時(shí)間表示方法之一，它是以UTC時(shí)間為基準(zhǔn)，以秒為單位計(jì)算的時(shí)間戳，可以方便地進(jìn)行時(shí)間計(jì)算和比較。

??需要注意的是，由于time(NULL)獲取的是當(dāng)前時(shí)刻的秒數(shù)，因此它的返回值是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的值，每次調(diào)用都會(huì)返回不同的值。如果需要在程序中多次使用當(dāng)前時(shí)間，應(yīng)該將time(NULL)的返回值保存在一個(gè)變量中，而不是多次調(diào)用該函數(shù)。

srand()函數(shù)

??srand()函數(shù)是C語言標(biāo)準(zhǔn)庫中的一個(gè)函數(shù)，用于設(shè)置隨機(jī)數(shù)生成器的種子。它的原型如下：

void srand(unsigned int seed);

??其中，seed是一個(gè)無符號(hào)整數(shù)，用于指定隨機(jī)數(shù)生成器的種子。調(diào)用srand()函數(shù)后，隨機(jī)數(shù)生成器將以seed作為起始值，生成一系列隨機(jī)數(shù)。

??需要注意的是，如果不調(diào)用srand()函數(shù)，隨機(jī)數(shù)生成器將使用一個(gè)默認(rèn)的種子。由于默認(rèn)種子通常是根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間來生成的，因此每次運(yùn)行程序時(shí)，隨機(jī)數(shù)生成器都會(huì)生成不同的隨機(jī)數(shù)序列。

??以下是一個(gè)簡單的示例：

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int r;
    // 設(shè)置隨機(jī)數(shù)的種子
    srand(time(NULL));
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        // 生成隨機(jī)數(shù)
        r = rand();
        printf("%d\n", r);
    }

    return 0;
}

??在Linux中得到的運(yùn)行結(jié)果為：

??該程序使用time()函數(shù)獲取當(dāng)前時(shí)間的秒數(shù)作為種子，調(diào)用srand()函數(shù)設(shè)置隨機(jī)數(shù)生成器的種子，然后調(diào)用rand()函數(shù)生成一系列隨機(jī)數(shù)。由于種子是基于時(shí)間的，因此每次運(yùn)行程序時(shí)，生成的隨機(jī)數(shù)序列都是不同的。

srandom()函數(shù)

??srandom()函數(shù)是C語言中用于初始化隨機(jī)數(shù)生成器的函數(shù)。它的作用是設(shè)置一個(gè)種子，使得隨機(jī)數(shù)生成器能夠產(chǎn)生不同的隨機(jī)數(shù)序列。它的原型如下：

void srandom(unsigned int seed);

??srandom()函數(shù)需要一個(gè)unsigned int類型的參數(shù)作為種子，這個(gè)種子可以是任意值，但是推薦使用當(dāng)前時(shí)間作為種子，以保證每次程序運(yùn)行時(shí)生成的隨機(jī)數(shù)序列不同。使用srandom()函數(shù)之后，每次調(diào)用random()函數(shù)都會(huì)生成一個(gè)新的隨機(jī)數(shù)，而且這些隨機(jī)數(shù)之間也沒有任何關(guān)聯(lián)，也不會(huì)重復(fù)。

??下面是一個(gè)示例程序，演示如何使用srandom()函數(shù)和random()函數(shù)生成隨機(jī)數(shù)：

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int i, r;
    unsigned int seed;
    srandom(seed);

    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        r = random();
        printf("%d\t", r);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

??在Linux中觀察到的運(yùn)行結(jié)果：

??在這個(gè)示例程序中使用time()函數(shù)獲取當(dāng)前時(shí)間，將其轉(zhuǎn)換為unsigned int類型的值，并作為srandom()函數(shù)的參數(shù)，以此來初始化隨機(jī)數(shù)生成器。然后使用random()函數(shù)生成5個(gè)隨機(jī)數(shù)，并將其輸出到屏幕上。由于使用了srandom()函數(shù)，每次運(yùn)行程序時(shí)，生成的隨機(jī)數(shù)序列都是不同的。

??需要注意的是，在使用srandom()函數(shù)之前，必須包含頭文件<time.h>，否則編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)。

??在上文中使用了兩個(gè)函數(shù)對(duì)隨機(jī)數(shù)的種子進(jìn)行設(shè)定，但它們有何區(qū)別呢？

??srandom()函數(shù)和srand()函數(shù)都是C語言中用于生成隨機(jī)數(shù)的函數(shù)，它們的作用是設(shè)置隨機(jī)數(shù)生成器的種子，以便產(chǎn)生不同的隨機(jī)數(shù)序列。它們的不同之處在于參數(shù)類型和取值范圍。

??srand()函數(shù)的原型如下：

void srand(unsigned int seed);

??srand()函數(shù)需要一個(gè)unsigned int類型的參數(shù)作為種子，這個(gè)種子可以是任意值，但是推薦使用當(dāng)前時(shí)間作為種子，以保證每次程序運(yùn)行時(shí)生成的隨機(jī)數(shù)序列不同。在使用srand()函數(shù)之后，每次調(diào)用rand()函數(shù)都會(huì)生成一個(gè)新的隨機(jī)數(shù)，而且這些隨機(jī)數(shù)之間也沒有任何關(guān)聯(lián)，也不會(huì)重復(fù)。注意，srand()函數(shù)的參數(shù)是一個(gè)32位無符號(hào)整數(shù)，其取值范圍是0到4294967295。

??srandom()函數(shù)的原型如下：

void srandom(unsigned int seed);

??srandom()函數(shù)也需要一個(gè)unsigned int類型的參數(shù)作為種子，但是和srand()函數(shù)不同的是，srandom()函數(shù)使用的是一個(gè)48位整數(shù)作為種子，其取值范圍更加廣泛，可以達(dá)到更高的隨機(jī)性。在使用srandom()函數(shù)之后，每次調(diào)用random()函數(shù)都會(huì)生成一個(gè)新的隨機(jī)數(shù)，而且這些隨機(jī)數(shù)之間也沒有任何關(guān)聯(lián)，也不會(huì)重復(fù)。注意，srandom()函數(shù)的參數(shù)是一個(gè)32位無符號(hào)整數(shù)，但是內(nèi)部會(huì)將其擴(kuò)展為48位整數(shù)。

??需要注意的是，srand()函數(shù)和srandom()函數(shù)是不可互換的，也就是說，如果在程序中使用了srandom()函數(shù)設(shè)置了隨機(jī)數(shù)生成器的種子，那么在生成隨機(jī)數(shù)時(shí)必須使用random()函數(shù)。同樣地，如果在程序中使用了srand()函數(shù)設(shè)置了隨機(jī)數(shù)生成器的種子，那么在生成隨機(jī)數(shù)時(shí)必須使用rand()函數(shù)。

random函數(shù)()

??random()函數(shù)是C語言標(biāo)準(zhǔn)庫中用于生成隨機(jī)數(shù)的函數(shù)。它的函數(shù)原型定義在<stdlib.h>頭文件中：

long int random(void);

??該函數(shù)返回一個(gè)長整型數(shù)值，取值范圍在0到RAND_MAX之間（包含0和RAND_MAX）。RAND_MAX是一個(gè)常量，它表示隨機(jī)數(shù)的最大值，其值至少為32767。

??在調(diào)用random()函數(shù)之前，需要先使用srandom()函數(shù)來設(shè)置隨機(jī)數(shù)種子。如果沒有調(diào)用srandom()函數(shù)，那么random()函數(shù)每次都會(huì)使用默認(rèn)的隨機(jī)數(shù)種子，生成的隨機(jī)數(shù)序列就會(huì)相同。

??random()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)使用了一個(gè)名為__random_data的結(jié)構(gòu)體來存儲(chǔ)隨機(jī)數(shù)生成器的狀態(tài)。這個(gè)結(jié)構(gòu)體包括了一些用于生成隨機(jī)數(shù)的參數(shù)，比如隨機(jī)數(shù)種子、隨機(jī)數(shù)生成器的狀態(tài)等等。在random()函數(shù)中，首先調(diào)用__random_getstate()函數(shù)獲取隨機(jī)數(shù)生成器的狀態(tài)，然后再調(diào)用__random_r()函數(shù)生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，并返回該隨機(jī)數(shù)。

??需要注意的是，random()函數(shù)不是真正的隨機(jī)數(shù)生成器，它只是生成一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)。生成的隨機(jī)數(shù)是依據(jù)隨機(jī)數(shù)生成器的狀態(tài)（種子）和算法計(jì)算得到的，因此在給定相同的種子和算法的情況下，random()函數(shù)生成的隨機(jī)數(shù)序列是固定的。如果需要更高質(zhì)量的隨機(jī)數(shù)，可以使用其他的隨機(jī)數(shù)生成器庫，例如OpenSSL、libgcrypt等。

getpid()函數(shù)

??getpid()函數(shù)是一個(gè)用于獲取當(dāng)前進(jìn)程ID（Process ID）的函數(shù)，它的函數(shù)原型定義在<sys/types.h>頭文件中：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);

??該函數(shù)返回一個(gè)pid_t類型的值，表示當(dāng)前進(jìn)程的ID。進(jìn)程ID是一個(gè)非負(fù)整數(shù)，通常由操作系統(tǒng)分配。每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)唯一的進(jìn)程ID，可以用來標(biāo)識(shí)進(jìn)程。

??需要注意的是，進(jìn)程ID并不是隨機(jī)分配的，而是按照一定的規(guī)則分配的。通常情況下，進(jìn)程ID是連續(xù)的，即相鄰的進(jìn)程ID之間只相差1。但是，如果某個(gè)進(jìn)程退出，它的進(jìn)程ID可能會(huì)被其他進(jìn)程重新使用，因此不能保證進(jìn)程ID是連續(xù)的。

??下面是一個(gè)使用getpid()函數(shù)獲取當(dāng)前進(jìn)程ID的例子：

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid = getpid();

    printf("pid的值為：%d\n", pid);
    return 0;
}

在Linux中觀察到的運(yùn)行結(jié)果為：

生成隨機(jī)數(shù)的方法

??下面是4個(gè)例子演示了不同的生成隨機(jī)數(shù)的方法。

例子1：使用rand()函數(shù)生成隨機(jī)數(shù)

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    srand(time(NULL));

    int random_number = rand() % 10;
    printf("得到的隨機(jī)數(shù)為：%d\n", random_number);

    return 0;
}

??在Linux中的運(yùn)行結(jié)果為：

例子2：使用random函數(shù)生成隨機(jī)數(shù)

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 初始化隨機(jī)數(shù)種子
    srandom(time(NULL));

    // 生成0~9之間的隨機(jī)數(shù)
    int random_num = random() % 10;

    printf("隨機(jī)數(shù)為：%d\n", random_num);
    return 0;
}

??在Linux中的運(yùn)行結(jié)果為：

例子3：使用getpid函數(shù)生成隨機(jī)數(shù)

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    srand(getpid());
    printf("隨機(jī)數(shù)為：%d\n", rand() % 10);
    return 0;
}

在Linux中觀察到的運(yùn)行結(jié)果為：

例子4：使用/dev/random和/dev/urandom設(shè)備文件生成隨機(jī)數(shù)

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int random_num;

    // 從/dev/random設(shè)備文件中讀取隨機(jī)數(shù)
    int fd = open("/dev/random", O_RDONLY);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open /dev/random failed");
        return -1;
    }
    read(fd, &random_num, sizeof(random_num));
    close(fd);

    printf("/dev/random生成的隨機(jī)數(shù)為：%d\n", random_num);

    // 從/dev/urandom設(shè)備文件中讀取隨機(jī)數(shù)
    fd = open("/dev/urandom", O_RDONLY);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open /dev/urandom failed");
        return -1;
    }
    read(fd, &random_num, sizeof(random_num));
    close(fd);

    printf("/dev/urandom生成的隨機(jī)數(shù)為：%d\n", random_num);
    return 0;
}

??在Linux中觀察到的運(yùn)行結(jié)果：

??這些例子展示了不同的生成隨機(jī)數(shù)的方法，包括使用rand函數(shù)、random函數(shù)、getpid函數(shù)以及/dev/random和/dev/urandom設(shè)備文件。在實(shí)際開發(fā)中，可以根據(jù)具體需求選擇適合的隨機(jī)數(shù)生成方法。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-755661.html

到了這里，關(guān)于C語言中生成隨機(jī)數(shù)的方法的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！