C语言随机数生成教程(rand和srand用法)

在实际编程中，我们经常需要生成随机数，例如，贪吃蛇游戏中在随机的位置出现食物，扑克牌游戏中随机发牌。

在C语言中，我们一般使用 <stdlib.h> 头文件中的 rand() 函数来生成随机数，它的用法为：

int rand (void);

void 表示不需要传递参数。

C语言中还有一个 random() 函数可以获取随机数，但是 random() 不是标准函数，不能在 VC/VS 等编译器通过，所以比较少用。

rand() 会随机生成一个位于 0 ~ RAND_MAX 之间的整数。

RAND_MAX 是 <stdlib.h> 头文件中的一个宏，它用来指明 rand() 所能返回的随机数的最大值。C语言标准并没有规定 RAND_MAX 的具体数值，只是规定它的值至少为 32767。在实际编程中，我们也不需要知道 RAND_MAX 的具体值，把它当做一个很大的数来对待即可。

下面是一个随机数生成的实例：

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

运行结果举例：
193

随机数的本质

多次运行上面的代码，你会发现每次产生的随机数都一样，这是怎么回事呢？为什么随机数并不随机呢？

实际上，rand() 函数产生的随机数是伪随机数，是根据一个数值按照某个公式推算出来的，这个数值我们称之为“种子”。种子和随机数之间的关系是一种正态分布，如下图所示：

C语言随机数和种子之间呈正态分布

种子在每次启动计算机时是随机的，但是一旦计算机启动以后它就不再变化了；也就是说，每次启动计算机以后，种子就是定值了，所以根据公式推算出来的结果（也就是生成的随机数）就是固定的。

重新播种

我们可以通过 srand() 函数来重新“播种”，这样种子就会发生改变。srand() 的用法为：

void srand (unsigned int seed);

它需要一个 unsigned int 类型的参数。在实际开发中，我们可以用时间作为参数，只要每次播种的时间不同，那么生成的种子就不同，最终的随机数也就不同。

使用 <time.h> 头文件中的 time() 函数即可得到当前的时间（精确到秒），就像下面这样：

srand((unsigned)time(NULL));

有兴趣的读者请猛击这里自行研究 time() 函数的用法，本节我们不再过多讲解。

对上面的代码进行修改，生成随机数之前先进行播种：

#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;
}

多次运行程序，会发现每次生成的随机数都不一样了。但是，这些随机数会有逐渐增大或者逐渐减小的趋势，这是因为我们以时间为种子，时间是逐渐增大的，结合上面的正态分布图，很容易推断出随机数也会逐渐增大或者减小。

生成一定范围内的随机数

在实际开发中，我们往往需要一定范围内的随机数，过大或者过小都不符合要求，那么，如何产生一定范围的随机数呢？我们可以利用取模的方法：

int a = rand() % 10;  //产生0~9的随机数，注意10会被整除

如果要规定上下限：

int a = rand() % 51 + 13;  //产生13~63的随机数

分析：取模即取余，rand()%51+13我们可以看成两部分：rand()%51是产生 0~50 的随机数，后面+13保证 a 最小只能是 13，最大就是 50+13=63。

最后给出产生 13~63 范围内随机数的完整代码：

#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;
}

连续生成随机数

有时候我们需要一组随机数（多个随机数），该怎么生成呢？很容易想到的一种解决方案是使用循环，每次循环都重新播种，请看下面的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
  int a, i;
  //使用for循环生成10个随机数
  for (i = 0; i < 10; i++) {
    srand((unsigned)time(NULL));
    a = rand();
    printf("%d ", a);
  }
  return 0;
}

运行结果举例：
8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

运行结果非常奇怪，每次循环我们都重新播种了呀，为什么生成的随机数都一样呢？

这是因为，for 循环运行速度非常快，在一秒之内就运行完成了，而 time() 函数得到的时间只能精确到秒，所以每次循环得到的时间都是一样的，这样一来，种子也就是一样的，随机数也就一样了。

那么，该如何解决呢？难道就没有办法连续生成随机数了吗？当然有，我们将在《C语言连续生成多个随机数》一节中给出一种巧妙的解决方案。