一、rand和srand的使用示例

博主前言：對rand和srand函式使用熟練的人，這步可直接跳過不看。

1.程式碼示例1和執行結果

//只有rand，沒有srand生成隨機種子
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

void test()
{
    int i=0;
    for(;i<10;i++)
    {
        printf("%d\n",rand()%10);//列印0到9
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    test();
    return 0;
}
 

2.程式碼示例2和執行結果

//有srand生成隨機種子
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

void test()
{
    int i=0;
    for(;i<10;i++)
    {
        printf("%d\n",rand()%10);//列印0到9
        sleep(1);
    }
}

int main()
{
    srand(time(NULL));
    test();
    return 0;
}

二、rand函式使用的“問題”

根據上面兩個程式碼的執行結果不難看出，不加srand函式的rand函式產生的隨機數是偽隨機數

偽隨機數是指randh函式生成的一組序列看似隨機，實際上每次呼叫rand函式後生成的序列都是相同的

三、由“問題”到原理

①在rand函式的內部，是通過一個公式計算出一個值作為隨機值，下次再呼叫rand的時候，再把這個隨機值作為引數傳給這個公式計算出一個新的隨機值，周而復始。
②在C庫中，是通過一個靜態全域性變數來作為“種子”，而這個“種子”的值是通過srand函式改變的，如果不寫srand函式，這個“種子”值預設賦值為1。這就解釋了“為何不寫srand函式，rand函式就會生成偽隨機數”，因為程式只要重新開始執行，“種子”值就會被預設賦值為1，那麼通過公式算出來的序列肯定就一直相同了。

四、模擬實現rand和srand

通過上面對原理的分析，我們不難寫出模擬程式碼，如下：

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

static unsigned long next=1;//靜態全域性變數，作為種子

void my_srand(unsigned long seed)//通過傳不同的引數更改種子值，一般傳time(NULL)
{
    next=seed;
}

int my_rand(void)//將srand更改過的種子值通過公式計算出結果作為隨機值
{
    next = next * 1103515245 + 12345;
    return((unsigned)(next/65536) % 32768);
}

int main()
{
    my_srand(time(NULL));
    int i=0;
    for(;i<10;i++)
    {
        printf("%d\n",my_rand()%10);
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

執行結果如下：

補充：srand傳參傳time(NULL)的話會有個小缺陷，就是如果同一秒內呼叫兩次或以上rand函式，生成的隨機數序列仍然是相同的。

五、C庫原始碼

#include <cruntime.h>
#include <mtdll.h>
#include <stddef.h>
#include <stdlib.h>

void __cdecl srand (
        unsigned int seed
        )
{
        _getptd()->_holdrand = (unsigned long)seed;
}

int __cdecl rand (
        void
        )
{
        _ptiddata ptd = _getptd();

        return( ((ptd->_holdrand = ptd->_holdrand * 214013L
            + 2531011L) >> 16) & 0x7fff );
}

六、個人的疑惑和答案

這是我當初犯的一個低階錯誤，如果各位沒有過跟我一樣的疑惑，那你們還是比我強的。
疑惑：雖然說沒有srand函式，rand生成的隨機數是偽隨機數，但是第二次呼叫rand會把第一次生成的隨機值傳給公式計算出結果作為新的隨機值。那麼我的程式如下：
int main()
{
printf("%d\n",rand()%10);
return 0;
}
為什麼我多次執行的結果都是同一個值？不應該是把第一次生成的隨機值傳參給公式重新生成一個新的嗎？
答案：“多次執行”，這句話就表明這是重啟程式了，那麼每次執行，“種子”就恢復成初始值1了，所以實際上每次都是把1傳給公式計算，可不就永遠都是同一個數嘛。想要驗證rand產生的是一個序列，得在同一個程式中迴圈列印輸出，而不是“多次執行”。