生成随机数的方式你选对了吗？-生成不重复的随机数

生成随机数的N种方式

首先需要说明的是，计算机中生成的随机数严格来说都是伪随机，即非真正的随机数，真正随机数的随机样本不可重现。那么我们来看看代码中有哪些方式可以生成随机数。

rand

rand函数声明如下：

#include <stdlib.h> 
int rand(void);

rand函数返回[0,RAND_MAX)范围的随机整数，在我的机器上，RAND_MAX为2147483647。

使用示例：

rand.c 
*/ 
#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
int main(void) 
{ 
    int i = 0; 
    while(i < 5) 
    { 
        printf("%d ",rand()); 
        i++; 
     } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
}

编译运行：

$ gcc -o rand rand.c 
./rand 
1804289383 846930886 1681692777 1714636915 1957747793

多运行几次，你就会惊喜地发现，每次运行的结果都是一样的!!!这还玩个毛线?

srand

别急，rand虽然每次运行的结果都是一样的，那是因为它的种子默认为1。每一个种子会有一串看似随机的序列，每次取下一个出来，整体都近乎是随机分布的。但是如果你的种子每次都是一样的，那么每次运行可能得到的结果也是一样的。我们需要利用srand给它一个种子。

#include <stdlib.h> 
void srand(unsigned int seed);

为了保证我们每次的得到的随机数不一样，我们必须在每次调用时，都确保种子不一样，因此通常会选择使用时间作为种子，注意这只是通常的种子选择，你可以根据实际使用需求进行选择。

于是我们在使用之前设置好种子，使用示例：

rand.c 
*/ 
#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
#include<time.h> 
int main(void) 
{ 
    srand(time(NULL));//设置随机种子，注意只需要设置一次即可 
    int i = 0; 
    while(i < 5)//生成5个随机数 
    { 
        printf("%d ",rand()); 
        i++; 
     } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
}

现在好了，每次运行生成的都不一样了。但是还有一个问题，如果这种方式在多线程下使用，也是不可取的，因为rand不是可重入函数。它的每次调用都会修改一些隐藏的属性，因此在多线程中使用它并不合适。

rand_r

为了在多线程下使用，我们使用rand_r，使用方式和rand是一样的：

#include <stdlib.h> 
int rand_r(unsigned int *seedp);

使用示例：

#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
#include<time.h> 
int main(void) 
{ 
    unsigned int seed = time(NULL); 
    int i = 0; 
    while(i < 5)//生成5个随机数 
    { 
        printf("%d ",rand_r(&seed)); 
        i++; 
    } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
}

多线程中，多个线程可能几乎同时调用，那它们的种子可能也一样，如果想不一样，还可以将种子设置成和线程id有关。

unsigned int seed  = time(NULL)^pthread_self();

random

通过前面的例子可以发现，rand生成的整数范围是有限的，为了生成更大范围，可以使用random：

#include <stdlib.h> 
long int random(void); 
void srandom(unsigned int seed);

random返回的类型为long int，因此在一定程度上，它生成的范围要大得多。另外与rand类似，需要使用srandom函数设置种子。具体的例子就不再放出了。

生成指定范围随机数

前面的例子都是生成[1,RAND_MAX]之间的数，如果要生成指定区间的随机数呢?假设a和b不超过int范围以及它们的差值不超过rand的生成范围。

[a,b)

左闭右开区间，即包含a，不包含：

(rand() % (b - a)) + a;

[a,b]

左闭右闭，即包含a和b：

(rand() % (b - a + 1)) + a;

(a,b]

左开右闭，即不包含a，包含b：

(rand() % (b-a)) + a + 1;

[0,b]

rand() % b ;

0到1之间的浮点数

rand()/(double)RAND_MAX;

举例

生成[2,10)之间的随机数5个：

#include<stdlib.h> 
#include<stdio.h> 
#include<time.h> 
int main(void) 
{ 
    srand(time(NULL));//设置随机种子，注意只需要设置一次即可 
    int i = 0; 
    int a = 2; 
    int b = 10; 
    while(i < 5)//生成5个随机数 
    { 
        printf("%d ",( rand() % ( b - a ) )+ a); 
        i++; 
     } 
    printf("\n"); 
    return 0; 
}

总结

记住，通过这些方法生成的都是伪随机数。而一个好的随机算法，它的随机性很强，可能需要根据使用场景去设计具体的算法。本文所介绍的仅仅是库函数提供的随机数生成函数。