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C++随机数(rand和srand)函数用法详解

作者:互联网

C++ 提供了一组函数以生成和使用随机数字。随机数字就是从一组可能的值中进行随机选择而获得的一个值。该组中的值都有相同的被选中的几率。

随机数字常用于许多不同类型的程序中,以下是一些示例:


C++ 库有一个名为 rand() 的函数,每次调用该函数都将返回一个非负整数。要使用 rand() 函数,必须在程序中包含 <cstdlib> 头文件。以下是其用法示例:

randomNum = rand();

但是,该函数返回的数字其实是伪随机数。这意味着它们具有随机数的表现和属性,但实际上并不是随机的,它们实际上是用算法生成的。

该算法需要一个起始值,称为种子,以生成数字。如果没有给出一个种子,那么它将在每次运行时产生相同的数字流。下面的程序说明了这一点:

  1. //This program demonstrates what happens in C++ if you
  2. // try to generate random numbers without setting a "seed".
  3. #include <iostream>
  4. #include <cstdlib>// Header file needed to use rand
  5. using namespace std;
  6.  
  7. int main()
  8. {
  9. // Generate and printthree random numbers
  10. cout << rand() << " ";
  11. cout << rand() << " ";
  12. cout << rand() << endl ;
  13. return 0;
  14. }

第1次运行输出结果:
41 18467 : 6334
第2次运行输出结果:
41 18467 6334

要在每次运行程序时获得不同的随机数字流,则必须为随机数生成器提供一个种子以开始。在 C++ 中,这是通过调用 srand 函数完成的。

在 rand 被调用之前,srand 函数要先被调用,并且 srand 在整个程序中仅被调用一次。

  1. // This program demonstrates using random numbers when a
  2. // "seed" is provided for the random number generator.
  3. #include <iostream>
  4. #include <cstdlib> // Header file needed to use srand and rand
  5. using namespace std;
  6.  
  7. int main()
  8. {
  9. unsigned seed; // Random generator seed
  10. // Get a nseed" value from the user
  11. cout << "Enter a seed value: ";
  12. cin >> seed;
  13. // Set the random generator seed before calling rand()
  14. srand(seed);
  15. //Now generate and print three random numbers
  16. cout << rand() << " ";
  17. cout << rand() << " ";
  18. cout << rand() << endl;
  19. return 0;
  20. }

第1次运行结果:
Enter a seed value: 19
100 15331 - 209
第2次运行结果:
Enter a seed value: 171
597 10689 28587

程序中,第 9 行中创建的用于保存种子的变量 seed 被声明为 unsigned 无符号类型。这个数据类型只保存非负整数。这是 srand 函数在调用时期望接收的数据类型,因此使用 unsigned 变量类型可以保证不会将负数发送给 srand。从程序的输出可以看出,每次程序使用不同的种子运行时,都会生成不同的随机数字流。然而,如果再次使用 19 或 171 作为种子运行程序,则将获得与第一次完全相同的数字。

程序的第 12 行中,使用 cin 从用户的输入获取随机数生成器种子的值。实际上,获取种子值的另一个常见做法是调用 time 函数,它是 C++ 标准库的一部分。

time 函数返回从 1970 年 1 月 1 日午夜开始到现在逝去的秒数,因此每次运行程序时,它都将提供不同的种子值。下面程序演示了 time 函数的用法。请注意,在调用它时必须给它传递一个参数 0。同时程序中包含一个新的头文件 ctime,此头文件是使用 time 函数所必需的。

  1. //This program demonstrates using the C++ time function
  2. //to provide a nseed,T for the random number generator.
  3. #include <iostream>
  4. #include <cstdlib> // Header file needed to use srand and rand
  5. #include <ctime> // Header file needed to use time
  6. using namespace std;
  7.  
  8. int main()
  9. {
  10. unsigned seed; // Random generator seed
  11. // Use the time function to get a "seed” value for srand
  12. seed = time(0);
  13. srand(seed);
  14. // Now generate and print three random numbers
  15. cout << rand() << " " ;
  16. cout << rand() << " " ;
  17. cout << rand() << endl;
  18. return 0;
  19. }

程序输出结果:

2961 21716 181

限制随机数的范围

有时程序需要一个特定范围内的随机数。要将随机数的范围限制在 1 和某个最大值 max 之间的整数,可以使用以下公式:

number = rand() % max + 1;

例如,要生成 1〜6 的随机数来代表骰子的点数,则可以使用以下语句:

dice = rand() % 6 + 1;

这里简单介绍一下其工作原理。求余数运算符(%)可以获得整除之后的余数。当使用通过 rand 函数返回的正整数除以6时,余数将是 0〜5 的数字。因为目标是 1〜6 的数字,所以只需要给余数加 1 即可。

这个想法可以扩展到任意范围内的随机数,其通用公式如下:

number = (rand()%(maxValue - minValue +1)) + minValue;

在上述公式中,minValue 是范围内的最小值,而 maxValue 则是范围内的最大值。例如,要获得 10〜18 的随机数,可以使用以下代码给变量 number 赋值:

const int MIN_VALUE = 10;
const int MAX_VALUE = 18;
number = rand() % (MAX_VALUE - MIN_VALUE + 1) + MIN_VALUE;

在上述代码中,(MAX_VALUE - MIN_VALUE + 1)的值为 9,这是目标范围内整数的个数。余数运算符(%)返回的值是 0〜8 的数字,再用它加上 MIN_VALUE(也就是 10),即可获得 10〜18 的随机数。

标签:rand,cout,srand,C++,seed,随机,随机数
来源: https://www.cnblogs.com/FrostyForest/p/15802791.html