C 语言随机数生成函数详解283

随机数生成在许多计算机程序中都至关重要，从游戏到模拟再到密码学。 C 语言提供了多种用于生成随机数的函数，包括 rand()、srand()、time() 和 rand_r()。本文将深入探讨这些函数，介绍它们的用法和优点，并提供一些示例代码。

rand() 函数

rand() 函数是 C 语言中用于生成伪随机整数的最基本函数。它返回一个非负整数，范围从 0 到 RAND_MAX，后者是一个由头文件定义的常量。rand() 函数使用线性的同余生成器算法，该算法可能会产生可预测的序列，特别是对于较小的种子值。因此，不建议在需要不可预测随机数的应用中使用 rand() 函数。

srand() 函数

srand() 函数用于为 rand() 函数设置种子值。种子值是用于初始化随机数生成器的值，并且会影响生成的随机数序列。srand(0) 将始终生成相同的序列，而使用不同的种子值将产生不同的序列。在使用 rand() 函数之前调用 srand() 函数非常重要，特别是当需要不可预测的随机数时。

time() 函数

time() 函数可用于为 srand() 函数设置种子值。它返回自 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC 以来经过的秒数。由于时间不断变化，因此 time() 函数提供的种子值通常是不可预测的。以下示例演示如何使用 time() 函数设置 srand() 函数的种子值：```c
#include
#include
#include
int main() {
// 使用 time() 函数设置随机数种子
srand(time(NULL));
// 生成一个随机数并打印
int random_number = rand();
printf("随机数：%d", random_number);
return 0;
}
```

rand_r() 函数

rand_r() 函数是 rand() 函数的可重入版本，这意味着它可以从多个线程安全地调用。它需要一个指向 unsigned int 类型的指针作为参数，该指针用于存储随机数种子。rand_r() 函数使用与 rand() 函数相同的算法，但它维护自己的种子，因此可以从多个线程并行调用而不会产生冲突。以下示例演示如何使用 rand_r() 函数：```c
#include
#include
int main() {
// 创建一个存储随机数种子的变量
unsigned int seed = time(NULL);
// 生成一个随机数并打印
int random_number;
rand_r(&seed, &random_number);
printf("随机数：%d", random_number);
return 0;
}
```

生成均匀分布的随机数

上述函数可用于生成从 0 到 RAND_MAX 范围内的整数随机数。要生成均匀分布在其他范围内的随机数，可以使用以下公式：```
random_number_in_range = (rand() % (max_value - min_value + 1)) + min_value;
```

其中 min_value 和 max_value 是要生成的随机数的范围。

生成正态分布的随机数

C 语言没有内置的函数来生成正态分布的随机数。但是，可以使用 Box-Muller 变换来从均匀分布生成正态分布。以下示例演示如何使用 Box-Muller 变换生成正态分布的随机数：```c
#include
#include
// Box-Muller 变换函数
double box_muller_transform(double u, double v) {
return sqrt(-2.0 * log(u)) * cos(2.0 * M_PI * v);
}
int main() {
// 生成两个均匀分布的随机数
double u = (double) rand() / (double) RAND_MAX;
double v = (double) rand() / (double) RAND_MAX;
// 应用 Box-Muller 变换
double normal_random_number = box_muller_transform(u, v);
// 打印正态分布的随机数
printf("正态分布的随机数：%f", normal_random_number);
return 0;
}
```