C库：rand和srand的实现原理以及C库中源代码

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-05-25 00:48 145阅读 0赞

# 一、rand和srand的使用示例 #

**博主前言：对rand和srand函数使用熟练的人，这步可直接跳过不看。**

## 1.代码示例1和运行结果 ##

//只有rand，没有srand生成随机种子
    #include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    
    void test()
    {
        int i=0;
        for(;i<10;i++)
        {
            printf("%d\n",rand()%10);//打印0到9
            sleep(1);
        }
    }
    
    int main()
    {
        test();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70]

## 2.代码示例2和运行结果 ##

//有srand生成随机种子
    #include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    
    void test()
    {
        int i=0;
        for(;i<10;i++)
        {
            printf("%d\n",rand()%10);//打印0到9
            sleep(1);
        }
    }
    
    int main()
    {
        srand(time(NULL));
        test();
        return 0;
    }

![这里写图片描述][70 1]

# 二、rand函数使用的“问题” #

> 根据上面两个代码的运行结果不难看出，不加srand函数的rand函数产生的随机数是`伪随机数`  
> `伪随机数`是指randh函数生成的一组序列看似随机，实际上每次调用rand函数后生成的序列都是相同的

# 三、由“问题”到原理 #

> ①在rand函数的内部，是通过一个公式计算出一个值作为随机值，下次再调用rand的时候，再把这个随机值作为参数传给这个公式计算出一个新的随机值，周而复始。  
> ②在C库中，是通过**一个静态全局变量**来作为“种子”，而这个“种子”的值是通过srand函数改变的，如果不写srand函数，这个“种子”值默认赋值为1。这就解释了“为何不写srand函数，rand函数就会生成`伪随机数`”，因为程序只要重新开始运行，“种子”值就会被默认赋值为1，那么通过公式算出来的序列肯定就一直相同了。

# 四、模拟实现rand和srand #

> 通过上面对原理的分析，我们不难写出模拟代码，如下：

#include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    
    static unsigned long next=1;//静态全局变量，作为种子
    
    void my_srand(unsigned long seed)//通过传不同的参数更改种子值，一般传time(NULL)
    {
        next=seed;
    }
    
    int my_rand(void)//将srand更改过的种子值通过公式计算出结果作为随机值
    {
        next = next * 1103515245 + 12345;
        return((unsigned)(next/65536) % 32768);
    }
    
    int main()
    {
        my_srand(time(NULL));
        int i=0;
        for(;i<10;i++)
        {
            printf("%d\n",my_rand()%10);
            sleep(1);
        }
        return 0;
    }

运行结果如下：  
![这里写图片描述][70 2]  
**补充：srand传参传time(NULL)的话会有个小缺陷，就是如果同一秒内调用两次或以上rand函数，生成的随机数序列仍然是相同的。**

# 五、C库源码 #

#include <cruntime.h>
    #include <mtdll.h>
    #include <stddef.h>
    #include <stdlib.h>
    
    void __cdecl srand (
            unsigned int seed
            )
    {
            _getptd()->_holdrand = (unsigned long)seed;
    }
    
    int __cdecl rand (
            void
            )
    {
            _ptiddata ptd = _getptd();
    
            return( ((ptd->_holdrand = ptd->_holdrand * 214013L
                + 2531011L) >> 16) & 0x7fff );
    }

# 六、个人的疑惑和答案 #

> 这是我当初犯的一个低级错误，如果各位没有过跟我一样的疑惑，那你们还是比我强的。  
> 疑惑：虽然说没有srand函数，rand生成的随机数是`伪随机数`，但是第二次调用rand会把第一次生成的随机值传给公式计算出结果作为新的随机值。那么我的程序如下：  
> `int main() { printf("%d\n",rand()%10); return 0; }`  
> 为什么我多次运行的结果都是同一个值？不应该是把第一次生成的随机值传参给公式重新生成一个新的吗？  
> 答案：“多次运行”，这句话就表明这是重启程序了，那么每次运行，“种子”就恢复成初始值1了，所以实际上每次都是把1传给公式计算，可不就永远都是同一个数嘛。想要验证rand产生的是一个序列，得在同一个程序中循环打印输出，而不是“多次运行”。

[70]: /images/20220525/c2feb07eb6e54acf8189232ff90e7338.png
[70 1]: /images/20220525/04b69dac97774f798e52b43d6e301cc2.png
[70 2]: /images/20220525/dd450bfa499b4741a3ed0e769ebd52ca.png