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1. 基本函數(shù)
在C語言中取隨機數(shù)所需要的函數(shù)是:
int rand(void);
void srand (unsigned int n);
rand()函數(shù)和srand()函數(shù)被聲明在頭文件stdlib.h中,所以要使用這兩個函數(shù)必須包含該頭文件:
#include
2. 使用方法
rand()函數(shù)返回0到RAND_MAX之間的偽隨機數(shù)(pseudorandom)。RAND_MAX常量被定義在stdlib.h頭文件中。其值等于32767，或者更大。
srand()函數(shù)使用自變量n作為種子，用來初始化隨機數(shù)產(chǎn)生器。只要把相同的種子傳入srand()，然后調(diào)用rand()時，就會產(chǎn)生相同的隨機數(shù)序列。因此，我們可以把時間作為srand()函數(shù)的種子，就可以避免重復(fù)的發(fā)生。如果，調(diào)用rand()之前沒有先調(diào)用srand()，就和事先調(diào)用srand(1)所產(chǎn)生的結(jié)果一樣。
/* 例1：不指定種子的值 */
for (int i=0; i<10; i++)
{
printf("%d ", rand()%10);
}
每次運行都將輸出：1 7 4 0 9 4 8 8 2 4
/* 例2：指定種子的值為1 */
srand(1);
for (int i=0; i<10; i++)
{
printf("%d ", rand()%10);
}
每次運行都將輸出：1 7 4 0 9 4 8 8 2 4
例2的輸出結(jié)果與例1是完全一樣的。
/* 例3：指定種子的值為8 */
srand(8);
for (int i=0; i<10; i++)
{
printf("%d ", rand()%10);
}
每次運行都將輸出：4 0 1 3 5 3 7 7 1 5
該程序取得的隨機值也是在[0,10）之間，與srand(1)所取得的值不同，但是每次運行程序的結(jié)果都相同。
/* 例4：指定種子值為現(xiàn)在的時間 */
srand((unsigned)time(NULL));
for (int i=0; i<10; i++)
{
printf("%d ", rand()%10);
}
該程序每次運行結(jié)果都不一樣，因為每次啟動程序的時間都不同。另外需要注意的是，使用time()函數(shù)前必須包含頭文件time.h。
3. 注意事項
求一定范圍內(nèi)的隨機數(shù)。
如要取[0,10)之間的隨機整數(shù)，需將rand()的返回值與10求模。
randnumber = rand() % 10;
那么，如果取的值不是從0開始呢？你只需要記住一個通用的公式。
要取[a,b)之間的隨機整數(shù)（包括a，但不包括b)，使用：
(rand() % (b - a)) + a
偽隨機浮點數(shù)。
要取得0～1之間的浮點數(shù)，可以用：
rand() / (double)(RAND_MAX)
如果想取更大范圍的隨機浮點數(shù)，比如0～100，可以采用如下方法:
rand() /((double)(RAND_MAX)/100)
其他情況，以此類推，這里不作詳細說明。
當然，本文取偽隨機浮點數(shù)的方法只是用來說明函數(shù)的使用辦法，你可以采用更好的方法來實現(xiàn)。
舉個例子，假設(shè)我們要取得0～10之間的隨機整數(shù)（不含10本身）：
大家可能很多次討論過隨機數(shù)在計算機中怎樣產(chǎn)生的問題，在這篇文章中，我會對這個問題進行更深入的探討，闡述我對這個問題的理解。
首先需要聲明的是，計算機不會產(chǎn)生絕對隨機的隨機數(shù)，計算機只能產(chǎn)生“偽隨機數(shù)”。其實絕對隨機的隨機數(shù)只是一種理想的隨機數(shù)，即使計算機怎樣發(fā)展，它也不會產(chǎn)生一串絕對隨機的隨機數(shù)。計算機只能生成相對的隨機數(shù)，即偽隨機數(shù)。
偽隨機數(shù)并不是假隨機數(shù)，這里的“偽”是有規(guī)律的意思，就是計算機產(chǎn)生的偽隨機數(shù)既是隨機的又是有規(guī)律的。怎樣理解呢？產(chǎn)生的偽隨機數(shù)有時遵守一定的規(guī)律，有時不遵守任何規(guī)律；偽隨機數(shù)有一部分遵守一定的規(guī)律；另一部分不遵守任何規(guī)律。比如“世上沒有兩片形狀完全相同的樹葉”，這正是點到了事物的特性，即隨機性，但是每種樹的葉子都有近似的形狀，這正是事物的共性，即規(guī)律性。從這個角度講，你大概就會接受這樣的事實了：計算機只能產(chǎn)生偽隨機數(shù)而不能產(chǎn)生絕對隨機的隨機數(shù)。
那么計算機中隨機數(shù)是怎樣產(chǎn)生的呢？有人可能會說，隨機數(shù)是由“隨機種子”產(chǎn)生的。沒錯，隨機種子是用來產(chǎn)生隨機數(shù)的一個數(shù)，在計算機中，這樣的一個“隨機種子”是一個無符號整形數(shù)。那么隨機種子是從哪里獲得的呢？
下面看這樣一個C程序：
//rand01.c
#include
static unsigned int RAND_SEED;
unsigned int random(void)
{
RAND_SEED=(RAND_SEED*123+59)%65536;
return(RAND_SEED);
}
void random_start(void)
{
int temp[2];
movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);
RAND_SEED=temp[0];
}
main()
{
unsigned int i,n;
random_start();
for(i=0;i<10;i++)
printf("%u\t",random());
printf("\n");
}
這個程序（rand01.c）完整地闡述了隨機數(shù)產(chǎn)生的過程：
首先，主程序調(diào)用random_start()方法，random_start()方法中的這一句我很感興趣：
movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);
這個函數(shù)用來移動內(nèi)存數(shù)據(jù)，其中FP_SEG（far pointer to segment）是取temp數(shù)組段地址的函數(shù)，F(xiàn)P_OFF（far pointer to offset）是取temp數(shù)組相對地址的函數(shù)，movedata函數(shù)的作用是把位于0040:006CH存儲單元中的雙字放到數(shù)組temp的聲明的兩個存儲單元中。這樣可以通過temp數(shù)組把0040:006CH處的一個16位的數(shù)送給RAND_SEED。
random用來根據(jù)隨機種子RAND_SEED的值計算得出隨機數(shù)，其中這一句：
RAND_SEED = (RAND_SEED*123+59)%65536;
是用來計算隨機數(shù)的方法，隨機數(shù)的計算方法在不同的計算機中是不同的，即使在相同的計算機中安裝的不同的操作系統(tǒng)中也是不同的。我在linux和windows下分別試過，相同的隨機種子在這兩種操作系統(tǒng)中生成的隨機數(shù)是不同的，這說明它們的計算方法不同。
現(xiàn)在，我們明白隨機種子是從哪兒獲得的，而且知道隨機數(shù)是怎樣通過隨機種子計算出來的了。那么，隨機種子為什么要在內(nèi)存的0040:006CH處??？0040:006CH處存放的是什么？
學(xué)過《計算機組成原理與接口技術(shù)》這門課的人可能會記得在編制ROM BIOS時鐘中斷服務(wù)程序時會用到Intel 8253定時/計數(shù)器，它與Intel 8259中斷芯片的通信使得中斷服務(wù)程序得以運轉(zhuǎn)，主板每秒產(chǎn)生的18.2次中斷正是處理器根據(jù)定時/記數(shù)器值控制中斷芯片產(chǎn)生的。在我們計算機的主機板上都會有這樣一個定時/記數(shù)器用來計算當前系統(tǒng)時間，每過一個時鐘信號周期都會使記數(shù)器加一，而這個記數(shù)器的值存放在哪兒呢？沒錯，就在內(nèi)存的0040:006CH處，其實這一段內(nèi)存空間是這樣定義的：
TIMER_LOW DW ? ；地址為 0040:006CH
TIMER_HIGH DW ? ；地址為 0040:006EH
TIMER_OFT DB ? ；地址為 0040:0070H
時鐘中斷服務(wù)程序中，每當TIMER_LOW轉(zhuǎn)滿時，此時，記數(shù)器也會轉(zhuǎn)滿，記數(shù)器的值歸零，即TIMER_LOW處的16位二進制歸零，而TIMER_HIGH加一。rand01.c中的
movedata(0x0040,0x006c,FP_SEG(temp),FP_OFF(temp),4);
正是把TIMER_LOW和TIMER_HIGH兩個16位二進制數(shù)放進temp數(shù)組，再送往RAND_SEED，從而獲得了“隨機種子”。
現(xiàn)在，可以確定的一點是，隨機種子來自系統(tǒng)時鐘，確切地說，是來自計算機主板上的定時/計數(shù)器在內(nèi)存中的記數(shù)值。這樣，我們總結(jié)一下前面的分析，并討論一下這些結(jié)論在程序中的應(yīng)用：
1.隨機數(shù)是由隨機種子根據(jù)一定的計算方法計算出來的數(shù)值。所以，只要計算方法一定，隨機種子一定，那么產(chǎn)生的隨機數(shù)就不會變。
看下面這個C++程序：
//rand02.cpp
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
unsigned int seed = 5;
srand(seed);
unsigned int r = rand();
cout << r << endl;
}
在相同的平臺環(huán)境下，編譯生成exe后，每次運行它，顯示的隨機數(shù)都是一樣的。這是因為在相同的編譯平臺環(huán)境下，由隨機種子生成隨機數(shù)的計算方法都是一樣的，再加上隨機種子一樣，所以產(chǎn)生的隨機數(shù)就是一樣的。
2.只要用戶或第三方不設(shè)置隨機種子，那么在默認情況下隨機種子來自系統(tǒng)時鐘（即定時/計數(shù)器的值）
看下面這個C++程序：
//rand03.cpp
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
srand((unsigned)time(NULL));
unsigned int r = rand();
cout << r << endl;
return 0;
}
這里用戶和其他程序沒有設(shè)定隨機種子，則使用系統(tǒng)定時/計數(shù)器的值做為隨機種子，所以，在相同的平臺環(huán)境下，編譯生成exe后，每次運行它，顯示的隨機數(shù)會是偽隨機數(shù)，即每次運行顯示的結(jié)果會有不同。
3.建議：如果想在一個程序中生成隨機數(shù)序列，需要至多在生成隨機數(shù)之前設(shè)置一次隨機種子。
看下面這個用來生成一個隨機字符串的C++程序：
//rand04.cpp
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
int rNum,m = 20;
char *ch = new char[m];
for ( int i = 0; i < m; i++ )
{
//大家看到了，隨機種子會隨著for循環(huán)在程序中設(shè)置多次
srand((unsigned)time(NULL)*j);//j是后加的外層循環(huán)
rNum = 1+(int)((rand()/(double)RAND_MAX)*36); //求隨機值
switch (rNum)
{
case 1: ch[i]=a;
break ;
case 2: ch[i]=b;
break ;
case 3: ch[i]=c;
break ;
case 4: ch[i]=d;
break ;
case 5: ch[i]=e;
break ;
case 6: ch[i]=f;
break ;
case 7: ch[i]=g;
break ;
case 8: ch[i]=h;
break ;
case 9: ch[i]=i;
break ;
case 10: ch[i]=j;
break ;
case 11: ch[i]=k;
break ;
case 12: ch[i]=l;
break ;
case 13: ch[i]=m;
break ;
case 14: ch[i]=n;
break ;
case 15: ch[i]=o;
break ;
case 16: ch[i]=p;
break ;
case 17: ch[i]=q;
break ;
case 18: ch[i]=r;
break ;
case 19: ch[i]=s;
break ;
case 20: ch[i]=t;
break ;
case 21: ch[i]=u;
break ;
case 22: ch[i]=v;
break ;
case 23: ch[i]=w;
break ;
case 24: ch[i]=x;
break ;
case 25: ch[i]=y;
break ;
case 26: ch[i]=z;
break ;
case 27:ch[i]=0;
break;
case 28:ch[i]=1;
break;
case 29:ch[i]=2;
break;
case 30:ch[i]=3;
break;
case 31:ch[i]=4;
break;
case 32:ch[i]=5;
break;
case 33:ch[i]=6;
break;
case 34:ch[i]=7;
break;
case 35:ch[i]=8;
break;
case 36:ch[i]=9;
break;
}//end of switch
cout << ch[i];
}//end of for loop
cout << endl;
delete []ch;
return 0;
}
而運行結(jié)果顯示的隨機字符串的每一個字符都是一樣的，也就是說生成的字符序列不隨機，所以我們需要把srand((unsigned)time(NULL)); 從for循環(huán)中移出放在for語句前面，這樣可以生成隨機的字符序列，而且每次運行生成的字符序列會不同（呵呵，也有可能相同，不過出現(xiàn)這種情況的幾率太小了）。
如果你把srand((unsigned)time(NULL));改成srand(2);這樣雖然在一次運行中產(chǎn)生的字符序列是隨機的，但是每次運行時產(chǎn)生的隨機字符序列串是相同的。把srand這一句從程序中去掉也是這樣。
此外，你可能會遇到這種情況，在使用timer控件編制程序的時候會發(fā)現(xiàn)用相同的時間間隔生成的一組隨機數(shù)會顯得有規(guī)律，而由用戶按鍵command事件產(chǎn)生的一組隨機數(shù)卻顯得比較隨機，為什么？根據(jù)我們上面的分析，你可以很快想出答案。這是因為timer是由計算機時鐘記數(shù)器精確控制時間間隔的控件，時間間隔相同，記數(shù)器前后的值之差相同，這樣時鐘取值就是呈線性規(guī)律的，所以隨機種子是呈線性規(guī)律的，生成的隨機數(shù)也是有規(guī)律的。而用戶按鍵事件產(chǎn)生隨機數(shù)確實更呈現(xiàn)隨機性，因為事件是由人按鍵引起的，而人不能保證嚴格的按鍵時間間隔，即使嚴格地去做，也不可能完全精確做到，只要時間間隔相差一微秒，記數(shù)器前后的值之差就不相同了，隨機種子的變化就失去了線性規(guī)律，那么生成的隨機數(shù)就更沒有規(guī)律了，所以這樣生成的一組隨機數(shù)更隨機。這讓我想到了各種晚會的抽獎程序，如果用人來按鍵產(chǎn)生幸運觀眾的話，那就會很好的實現(xiàn)隨機性原則，結(jié)果就會更公正。
最后，我總結(jié)兩個要點：
1.計算機的偽隨機數(shù)是由隨機種子根據(jù)一定的計算方法計算出來的數(shù)值。所以，只要計算方法一定，隨機種子一定，那么產(chǎn)生的隨機數(shù)就是固定的。
2.只要用戶或第三方不設(shè)置隨機種子，那么在默認情況下隨機種子來自系統(tǒng)時鐘
C和C++隨機數(shù)或字符串生成源碼.doc
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