### 随机函数(rand)的关键知识点
#### 1. 随机函数的基本概念
随机函数在编程中主要用于生成伪随机数。这些数字看似随机，但实际上是由一系列确定性的算法生成的，因此被称为“伪”随机数。在C/C++等语言中，`rand()` 和 `srand()` 是两个常用的函数。
#### 2. `rand()` 函数
- **功能**: `rand()` 函数用于生成一个伪随机的无符号整数。
- **返回值**: 返回一个在 [0, RAND_MAX] 范围内的随机整数。`RAND_MAX` 定义在 `<limits.h>` 中，默认值通常是 `0x7fffffff` 或者 `0x7fff`，具体取决于编译器和平台。
- **依赖**: 在调用 `rand()` 之前通常需要先调用 `srand()` 来初始化随机数生成器的种子。
#### 3. `srand()` 函数
- **功能**: `srand()` 函数用于初始化随机数生成器的种子。
- **参数**: 接受一个无符号整数作为种子值。
- **用法示例**:
```c
srand(time(NULL)); // 使用当前时间作为种子
```
这样可以确保每次程序运行时产生的随机数序列都是不同的。
#### 4. 随机数生成技巧
- **生成特定范围内的随机数**: 为了生成一个特定范围内的随机数，例如0到100之间的整数，可以使用以下方法:
```c
int n = rand() % 101; // 生成0到100之间的整数
```
但这种方式存在缺陷，可能导致分布不均匀。更推荐的做法是:
```c
int n = (int)(101.0 * rand() / (RAND_MAX + 1.0));
```
- **注意事项**: 如果直接使用 `rand() % N` 的方式来生成0到N之间的随机数，当 `RAND_MAX` 不是N的倍数时，可能会导致某些数字出现的概率比其他数字高。上述推荐的方法通过确保概率分布更加均匀来避免这一问题。
#### 5. 示例代码解析
下面是一个简单的示例，展示如何使用 `rand()` 和 `srand()` 生成随机数:
```c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main(void) {
int i, k;
srand((unsigned)time(NULL)); // 使用当前时间作为种子
for (i = 0; i < 10; i++) {
k = rand() % 100; // 生成0到99之间的随机整数
printf("k=%d\n", k);
}
return 0;
}
```
这段代码首先使用当前时间作为 `srand()` 的种子，然后循环生成并打印出10个0到99之间的随机整数。
#### 6. 更高级的应用
- **利用 `srand()` 初始化**: 可以使用不同的值来初始化 `srand()`，以改变随机数生成的序列。例如，使用程序的进程ID(`getpid()`)或者当前时间(`time(NULL)`)。
- **多线程环境**: 在多线程环境中，每个线程都应该有自己的随机数生成器实例，并且使用不同的种子初始化，以避免产生相同的随机数序列。
#### 7. 总结
- **基本使用**: 在使用 `rand()` 之前，务必先调用 `srand()` 来设置种子。
- **随机数质量**: 由于 `rand()` 使用的是伪随机数生成器，其随机性取决于种子的设置。为了提高随机数的质量，最好使用不可预测的值作为种子，如系统时间或外部输入。
- **性能考虑**: 在需要高性能或高质量随机数的情况下，可能需要考虑使用更高级的随机数生成器库，如 C++11 中的 `<random>` 库提供的多种随机数生成器。
通过以上知识点的学习，你可以更好地理解和使用随机函数 `rand()` 和 `srand()`，从而在实际编程中生成符合需求的随机数。
