前言

之前在敲代码的时候用过rand函数，当时只是知道了rand函数要配合srand函数一起使用，才能达到产生一个随机数的目的，具体原因是什么则一知半解，后来闲着无事，查找了一下资料，差不多弄懂了。不过碍于本人水平有限，可能会有些地方理解有误，敬请给读者批评指正，并提出宝贵意见。

一、rand函数

rand函数是用来产生一个随机数，返回值为0~RAND_MAX，RAND_MAX不得小于32767，在编译器中可以通过查看定义来查看这个数具体是多少。不过这数字并不是真正的随机，而是一种伪随机数。

在cplusplus网站上关于rand函数给出的解释如下：
rand函数解释

大致意思就是rand函数每次通过一个算法产生一个随机的数字，而这个算法又使用种子来产生随机数。

至于为什么说rand函数产生的数字是伪随机数，我们用一串代码来解释

代码1：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{int random = 0;for (int i = 0; i < 10; i++){random = rand();           //用rand产生一个随机数printf("%d\n", random);}return 0;
}

程序运行结果：

似乎的确是产生了10个随机的数字，但是当我们再一次运行程序，甚至我们把程序关闭再次执行相同的程序时，产生的还是这10个数字。很明显这就不是我们想要的随机数了。

产生这样结果的原因是什么呢？正如前面我们所说，rand函数所产生的数是基于一个依赖于种子的算法来实现的，而这个种子在你每次启动电脑时就确定了。因此每次rand产生的数字也当然是一样的。

至于rand函数所使用的算法是什么，在Dennis M.Ritchie（C语言之父）所著的《C程序设计语言》一书中给出了一种算法：

rand函数实现：

unsigned long int next = 1;
int rand(void)
{next = next * 1103515245 + 12345;return (unsigned int)(next / 65536) % 32768;
}

next 就是我们前面所说的种子，由此大家应该知道为什么我们运行上面的代码时，产生的10个数字每次都是一样的。

二、srand函数

在前言中我们提到，rand要配合srand来使用，那么srand又是什么呢？
同样的在cplusplus中我们可以查到srand函数的解释：srand就是用来初始化我们前面所说的种子，这样程序在每次运行时都会有不同的种子值，从而rand函数就会生成一个真正的随机数。
在Dennis M.Ritchie的《C程序设计语言》中给出了srand函数的一种算法:

srand函数实现

unsigned long int next = 1;void srand(unsigned int seed)
{next = seed;
}

很明显，srand可以初始化我们的种子，但是要怎么进行初始化呢，我们先自己输入一个参数，手动对srand进行初始化。

代码2：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{int random = 0;int n = 0;scanf("%d", &n);srand(n);     //用srand初始化种子for (int i = 0; i < 10; i++){random = rand();           //用rand产生一个随机数printf("%d\n", random);}return 0;
}

当我们输入 2,3,4…时结果如下:

当我们输入不同的n时，rand函数都给出了不同的值，但是当我们输入两组相同的n时，rand的结果都是一样的。也就是说，我们手动地让srand初始化种子，所以此时的随机数可以说成是在认为控制下的随机数，因此它也不是真正意义上的随机数。为了解决这一问题，我们引入time（）函数。

三、time函数

同样的，我们先看cplusplus中给出的解释:

time函数会获取电脑的当前日历时间，并返回从这一时间到1970年1月1日00:00的秒数。

我大概地算了一下，从1970年1月1日00:00到运行程序时的时间，就是程序所运行的结果。

因此我们可以将time函数的返回值作为srand的参数来初始化种子。
代码如下：

代码3：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
int main()
{int random = 0;srand((unsigned int )time(NULL));     //用srand初始化种子for (int i = 0; i < 10; i++){random = rand();        //用rand产生一个随机数printf("%d\n", random);}return 0;
}

运行结果:

再次运行程序的话，产生的两组数字基本上不会一样。

rand和srand用法注意点

在代码3中，如果我们将srand（）放入 for循环中，运行的结果会是什么呢？

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
int main()
{int random = 0;//srand((unsigned int )time(NULL));     //用srand初始化种子for (int i = 0; i < 10; i++){srand((unsigned int )time(NULL));     //用srand初始化种子random = rand();       //用rand产生一个随机数printf("%d\n", random);}return 0;
}

产生了10个一样的数字，如果再次运行一下程序就会生成另一组10个完全相同的数字

这是因为每次循环中，虽然我们都会重置种子，但不要忘了，种子是由srand函数调用time函数生成，而time函数生成的数是当前时间距离1970年1月1日凌晨的秒数，单位是秒，而对于我们这样一个小的程序来说，电脑根本用不了1秒的时间，因此每次设置的种子其实都是一样的。而当我们再次运行程序时（我相信你的手速肯定达不到1秒之内完成这一系列操作）已经间隔了几秒钟的时间，种子已经不一样了，所以两次运行之间产生了不同的数字。

因此当我们想要随机产生一组数字时，要将srand放在循环体外，每次运行程序时，只重置一次种子。

四、产生特定范围内的随机数

当我们使用了time函数后，rand函数便会随机产生一个0~RAND_MAX之间的数，但是在大多数情况下，我们只需要某一个区间内的随机数就可以了，那么如何做到呢？
例如我们想要得到[a,b]区间内的随机数，我们只需要将rand生成的数模上(b-a+1)再加上a即可，即：
random = rand()%(b-a+1)+a。
因为对于任意两个正整数x，n，x%n所得到的结果一定位于区间[0，n-1]，
因此random%（b - a+1）∈[0，b-a]，random%（b - a+1）+ a∈[a，b]

代码5：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
int main()
{int random = 0;srand((unsigned int )time(NULL));     //用srand初始化种子for (int i = 0; i < 10; i++){a = rand()%51+50;      //用rand产生一个[50,100]的数字 rand()%(100-50+1)+50∈[50,100]printf("%d\n", a);}return 0;
}

五、疑问

对于代码3，当我们多次运行后，可以发现，产生的第一个数字总是在慢慢的增加，并且每两次运行之间的差值都很小

其他的数字之间也有一种变化规律，这似乎又不满足我们想要的结果。我的理解是，我们每两次执行程序之间，间隔的时间只有几秒钟的时间，因此time函数的返回值很接近，即种子的值其实也很接近，所以最后得到的随机数也很接近。

unsigned long int next = 1;
int rand(void)
{next = next * 1103515245 + 12345;return (unsigned int)(next / 65536) % 32768;
}

以Dennis M.Ritchie所给的代码为例，逐渐增加则是因为，第二次运行时，种子的值肯定比第一次运行的值大，因此(next / 65536) % 32768的值，第二次通常会比第一次大（当然这也不是绝对的），当结果逐渐增大到超过32768后，又会变成一个接近0的正整数，然后再次逐渐增大。

猜想：在同一台电脑上，同一款IDE的不同版本（例如VS2019和VS2010）下同时运行代码3，最后产生的随机数是一样的。

后记

碍于本人水平有限，最后的疑问，也是我不太明白的地方。如果有读者能够理解的，也希望能帮忙解释一下。如果文中有错误和不妥之处，还请各位读者批评指正，谢谢。

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