在UNIX操作系統(tǒng)和window的操作系統(tǒng)上，我們知道有一個(gè)函數(shù)rand，它就是用來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的函數(shù)API接口，那么它的原理如何實(shí)現(xiàn)？
如果約定a1=f(seed),an+1=f(an)，那么可以得到一個(gè)序列a1,a2,a3..an，那么要制作一個(gè)偽隨機(jī)函數(shù)rand，只需要讓它每調(diào)用一次就返回序列的下一個(gè)元素就行。其實(shí)就是相當(dāng)于第1次調(diào)用rand返回a1，第2次返回a2，…，第n次返回an，這樣每次返回的數(shù)值都不一樣，也就是相當(dāng)于隨機(jī)數(shù)了。但是其實(shí)不是真正的隨機(jī)數(shù)，真正的隨機(jī)數(shù)是使用物理現(xiàn)象產(chǎn)生的：比如擲錢幣、骰子、轉(zhuǎn)輪、使用電子元件的噪音、核裂變等等。這樣的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器叫做物理性隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，它們的缺點(diǎn)是技術(shù)要求比較高。那到底什么是隨機(jī)數(shù)呢？

隨機(jī)數(shù)：隨機(jī)數(shù)就是每次運(yùn)行代碼的時(shí)候隨機(jī)產(chǎn)生的數(shù)，每次產(chǎn)生的數(shù)的值是無(wú)法確定的，返回 0 到 RANDMAX 之間的隨機(jī)整數(shù)值，不包含 RANDMAX 的值，RANDMAX 的范圍最少是在32767之間（int），即雙字節(jié)（16位數(shù)）。若用 unsigned int 雙字節(jié)是65535，四字節(jié)是4294967295的整數(shù)范圍。而且 0 到 RANDMAX 每個(gè)數(shù)字被選中的概率是相同的。

原理：產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的原理是根據(jù)一個(gè)值，一般稱為隨機(jī)種子，然后把這個(gè)種子作為參數(shù)，經(jīng)過(guò)一系列的公式運(yùn)算產(chǎn)生出一個(gè)值，這個(gè)值就是隨機(jī)數(shù)。

在 C 語(yǔ)言當(dāng)中使用隨機(jī)數(shù)要用到 rand 函數(shù)和 srand 函數(shù)，

int rand()：返回值為隨機(jī)值，參數(shù)為空，通過(guò) rand 函數(shù)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)。

void srand(unsigned int seed)：返回值為空， 就是設(shè)置隨機(jī)種子的，當(dāng)我們不設(shè)置隨機(jī)種子的時(shí)候，默認(rèn)設(shè)置的種子為 1，也就是srand(1)。

使用：

#include<stdlib.h>//得引入 stdlib.h 這個(gè)頭文件
int main()
{
 int rand_num = rand();
 printf("rand_num = %d\n", rand_num);
 return 0;
}

每次運(yùn)行的結(jié)果都一樣，這是為什么呢？上面已經(jīng)說(shuō)了，隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的是有一個(gè)隨機(jī)種子作為參數(shù)，然后返回一個(gè)值，而且默認(rèn)的隨機(jī)種子為1，所以每次產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)都一樣。

如果我們修改一下隨機(jī)種子，會(huì)發(fā)現(xiàn)隨機(jī)數(shù)和原來(lái)的不一樣了，但是每次運(yùn)行的結(jié)果還是一樣：

#include<stdlib.h>//得引入 stdlib.h 這個(gè)頭文件
int main()
{
 srand(3);
 int rand_num = rand();
 printf("rand_num = %d\n", rand_num);
 srand(5);
 rand_num = rand();
 printf("rand_num = %d\n", rand_num);
 return 0;
}

兩次的輸出結(jié)果不一樣，我的輸出結(jié)果如下：

rand_num = 50421

rand_num = 847425747

但是我們程序肯定是寫好之后，不改動(dòng)隨機(jī)種子，然后每次產(chǎn)生不同的值才對(duì)啊，那我們來(lái)如何做呢？既然產(chǎn)生的隨機(jī)值與種子有關(guān)，只要每次的隨機(jī)種子不一樣，那么產(chǎn)生的隨機(jī)值也不一樣，我們就可以把時(shí)間作為隨機(jī)種子，因?yàn)槊看芜\(yùn)行時(shí)，時(shí)間都不一樣，因此產(chǎn)生的隨機(jī)值也不一樣，因此我們可以這樣：

#include<time.h> //使用 time 函數(shù)必須引入 time.h 頭文件
#include<stdlib.h>
int main()
{
 srand((int)time(0));
 int rand_num = rand();
 printf("rand_num = %d\n", rand_num);
 return 0;
}

這樣的話，每次輸出結(jié)果都不一樣了。

通過(guò)上面的方法，我們可以獲取不同的隨機(jī)值了，但是我們一般會(huì)獲取一定范圍內(nèi)的隨機(jī)值，比如返回 0~100 之間的返回值，比如模擬骰子，隨機(jī)返回 1~6 的值。那么我們?cè)撊绾巫瞿兀?/p>

我們要返回 0~6 的隨機(jī)值，只需在上面返回隨機(jī)值的地方對(duì) 7 取余即可：

int rand_num = rand() % 7;
printf("rand_num = %d\n", rand_num);

所以我們?nèi)绻祷?0~a 的隨機(jī)值，只要對(duì) a + 1 取余即可，所以有下面的公式：

int rand_num = rand() % (a + 1);//返回 0 ~ a 的隨機(jī)值

如果我們要返回 a ~ b 的隨機(jī)值，公式是什么呢？因?yàn)殡S機(jī)數(shù)取余法只能返回 0 到某個(gè)數(shù)的隨機(jī)值，所以 a ~ b 的隨機(jī)值，我們可以先返回 0 ~ (b – a)的隨機(jī)值，然后再加上 a 即可:

int rand_num = rand() % (b - a + 1);//1、返回 0 ~ （b - a）的隨機(jī)值
rand_num = rand_num + a; //2、返回 a ~ b 的隨機(jī)值

因此上面的 1 和 2 合并之后的公式為：

int rand_num = rand() % (b - a + 1) + a;//返回 a ~ b 的隨機(jī)值

大家現(xiàn)在做這樣的操作：

#include<stdlib.h>
int main()
{
 srand(2);//隨機(jī)種子固定為2
 for(int i = 0; i < 5; i++)
 {
 int rand_num = rand();
 printf("rand_num = %d\n", rand_num);//注意輸出結(jié)果  
 }
 return 0;
}

既然隨機(jī)種子一樣，為什么輸出結(jié)果不一樣呢？這里得注意一下，如果程序沒(méi)有結(jié)束，而且也沒(méi)有重新設(shè)置過(guò)隨機(jī)種子，那么系統(tǒng)會(huì)把上次的隨機(jī)值作為下次隨機(jī)函數(shù)的隨機(jī)種子，因此在上面的 for 循環(huán)當(dāng)中，其實(shí)每次的循環(huán)種子都不一樣，怎么驗(yàn)證呢？先看我這里的輸出結(jié)果為：

rand_num = 33614

rand_num = 564950498

rand_num = 1097816499

rand_num = 1969887316

rand_num = 140734213

我們可以把隨機(jī)種子設(shè)置成其中的一個(gè) rand_num 值，比如 33614，那么輸出結(jié)果如果為 564950498 的話，那么說(shuō)明在 for 循環(huán)中每次都把隨機(jī)值作為下次的隨機(jī)函數(shù)的隨機(jī)種子了。

srand(33614);
int rand_num = rand();
printf("rand_num = %d\n", rand_num);

結(jié)果：

rand_num = 564950498；

驗(yàn)證完畢。

arc4random() 函數(shù)：

這個(gè)函數(shù)是 C 語(yǔ)言封裝的一個(gè)比較智能的隨機(jī)函數(shù)，我們只要調(diào)用這個(gè)函數(shù)，就會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，不用設(shè)置隨機(jī)種子，而且用法很簡(jiǎn)單：

int arc_rand = arc4random();
printf("arc_rand = %d\n", arc_rand);

每次的運(yùn)行結(jié)果都不一樣。如果要產(chǎn)生 a ~ b 的隨機(jī)值，公式也是：

arc4random() % (b - a + 1) + a;

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