C语言基础-随机数

随机数

在很多编程场景中，我们都需要用到随机数，例如抽奖程序、游戏机制、测试数据等。在 C 语言中，我们可以使用标准库函数 rand() 来生成随机数。

一、rand()：生成随机整数

函数原型：

#include <stdlib.h>
int rand(void);

• 返回一个 [0, RAND_MAX] 之间的整数（RAND_MAX 通常为 32767）；
• 每次运行程序生成的随机数默认是固定的序列。

示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    int r = rand();
    printf("随机数：%d\n", r);
    return 0;
}

多次运行上面的代码，输出结果是一样的 —— 这是因为没有设置“种子”。

二、srand()：设置随机数种子

为了让每次程序运行时生成的随机数不同，需要使用 srand() 设置随机种子。

典型用法：

#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main(void) {
    srand(time(NULL)); // 设置种子为当前时间
    printf("随机数：%d\n", rand());
    return 0;
}

• time(NULL) 返回当前的时间戳；
• srand() 通常只在程序开始时调用一次；
• 使用相同种子，rand() 会生成相同的随机数序列。

三、生成指定范围的随机数

通用公式：

rand() % (max - min + 1) + min;

示例：生成 1 到 100 之间的随机数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main(void) {
    srand(time(NULL)); // 初始化种子

    int r = rand() % 100 + 1;  // [1, 100]
    printf("随机数：%d\n", r);
    return 0;
}

四、生成浮点随机数

C 标准库不直接支持浮点型随机数，可以手动转化。

示例：生成 [0.0, 1.0) 之间的随机浮点数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main(void) {
    srand(time(NULL));

    float r = (float)rand() / (RAND_MAX + 1.0f);
    printf("随机小数：%f\n", r);
    return 0;
}

五、常见用法示例

1. 模拟掷骰子（1~6）

int dice = rand() % 6 + 1;

2. 生成 n 个 0~99 的随机数

for (int i = 0; i < n; i++) {
    printf("%d ", rand() % 100);
}

3. 随机选择数组元素

char *colors[] = {"red", "green", "blue"};
int index = rand() % 3;
printf("随机颜色：%s\n", colors[index]);

六、常见误区与注意事项

误区/问题	原因说明	解决方案
每次运行结果都相同	没有调用 srand() 设置种子	添加 srand(time(NULL))
每次循环中都调用 srand	每次种子相同，导致数值相同	srand() 只需调用一次
rand() % n 非均匀分布	rand() 低位不够随机，尤其在非 2^n 的范围内	可使用更复杂的算法生成均匀分布（例如 Mersenne Twister）

七、完整练习示例：生成 10 个 1~50 的随机数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main(void) {
    srand(time(NULL));

    printf("生成 10 个 [1, 50] 的随机数：\n");
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        int r = rand() % 50 + 1;
        printf("%d ", r);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

小结

函数	作用
rand()	生成伪随机整数
srand()	设置随机种子
time()	获取时间戳（常用于种子）
rand() % n + x	生成指定范围内的数

• rand() 生成的是伪随机数，安全性不高；
• 仅适用于一般用途，不建议用于加密或高强度随机性需求。