C语言—如何生成随机数+原理详细分析

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前言

在计算机编程中，随机数的生成是一个常见但极其重要的话题。无论是游戏开发、密码学、模拟仿真，还是简单的抽奖程序，随机数都扮演着关键角色。然而，计算机本身是确定性的机器，它无法真正产生“随机”的数字。因此，我们通常使用**伪随机数生成器（PRNG, Pseudo-Random Number Generator）**来模拟随机性。

C语言提供了 rand() 和 srand() 等函数来生成伪随机数，但其底层原理是什么？如何优化随机数的分布？如何避免常见的陷阱（如种子固定导致随机数可预测）？

本文将深入探讨：

1. 伪随机数生成的基本原理
2. C语言中的随机数生成方法（rand() 和 srand()）
3. 如何生成更均匀、更安全的随机数
4. 现代随机数生成方法的改进（如 C11 的 arc4random() 等

通过本文，你不仅能学会如何在 C 语言中生成随机数，还能理解其背后的机制，避免在实际应用中遇到潜在问题。
现在，让我们从最基础的 rand() 函数开始，逐步揭开随机数生成的神秘面纱！

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一、理解真正生成随机数原理

这里的第一句说到rand函数会返回一个从0到RAND_MAX的整型，那RAND_MAX的值是多少呢，我们可以将它复制到编译器中然后选中它右击鼠标点击转到定义，就可以看到这句话

其实RAND_MAX的值也就是0x7fff，转换为十进制也就是32767，所以说rand函数可以随机生成一个0到32767的整型，当你在编译器中尝试时，你会看到:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>int main()
{int n = 10;while (n){int ret = rand();printf("%d\n", ret);n--;}return 0;
}

当你天真的以为你已经成功的可以生成随机数的时候，你会发现当年再次运行该代码时，它生成的还是这些随机数，也就是第一次运行代码时代码生成了随机数，且每次运行时会生成相同的随机数。
这时我们应该想起对rand函数的描述中还有第二句话：在调用rand函数之前，我们要使用srand函数设置生成随机数的起点。我们又查srand函数：

我们可以看到srand函数的参数是一个无符号整型并且无返回值，那么这时我们可以来测试一下，就随便给一个无符号整型传给srand函数。

但是当我们再次执行程序时照样还是这些随机数，当我们把传入srand函数的改变时，发现所给随机数便改变了：

所以我们只要在每次执行程序的时候给srand函数传入一个与上一次不同的数即可，但是我们就是要生成一个随机数，现在又需要一个随机数，这不成死循环了吗？
这时我们想到在电脑上有一个东西是时刻在发生着变化的，那就是时间，这时我们需要介绍一个概念，那就是时间戳。
时间戳： 当前时间与计算机起始时间的差值，单位是秒。
计算机的起始时间：1970-01-01 08:00:00

每一秒的时间戳都不一样，所以我们只要把时间戳传入srand函数即可，这时我们就需要用到time函数，因为time函数的返回值就是时间戳。

这里我们可以看到time函数的参数是time_t型指针，返回值是time_t型，这里的time_t我们也可以把它放到编译器中右击鼠标，点击转到定义：

这里我们可以看到，其实time_t就是int型被typedef重定义了（也就是起了个别名）而已。
而我们也不需要向time函数传入什么指针，于是我们就向time函数传入一个空指针（ NULL）即可，也就是time( NULL)，但是srand函数的参数是unsigned int型，所以我们如果要将time函数的返回值传入srand函数，那么我们就需要将time函数的返回值强制性转化会unsigned int型，也就是( unsigned int )time( NULL)，所以我们最终将代码写为：

这样，每次运行代码时所得到的就是真正意义上的随机数了。
如何生成规定位数的随机数：

二、生成指定位数随机数：

1、生成两位随机数：

我们只需要将所得随机数对90取余数，那么我们得到的数就是0-89的数字，这时再加上10便是10-99的数字了。

2、生成三位随机数：

查询函数网站：戳