rand和srand的实现机制



rand和srand是用于产生伪随机数的两个函数，根据参考手册rand的返回值是在[0, RAND_MAX]之间的数据，RAND_MAX在不同的系统中数值有所不同。

以下是rand和srand实现方式的一个示例（假定RAND_MAX为32767）

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1. static unsigned long next = 1;  
2.   
3. /* RAND_MAX assumed to be 32767 */  
4. int rand(void) {  
5.     next = next * 1103515245 + 12345;  
6.     return((unsigned)(next/65536) % 32768);  
7. }  
8.   
9. void srand(unsigned seed) {  
10.     next = seed;  
11. }  

static unsigned long next = 1;/* RAND_MAX assumed to be 32767 */int rand(void) {    next = next * 1103515245 + 12345;    return((unsigned)(next/65536) % 32768);}void srand(unsigned seed) {    next = seed;}

事实上现在多数系统上的rand和srand就是使用的这种机制，只是上面取的数字或略有不同。

[cpp] view plaincopyprint?

1. #include <stdio.h>  
2. #include <stdlib.h>  
3.   
4. int main()  
5. {  
6.     int i;  
7.     for (i = 0; i < 10; i++)  
8.     {  
9.         printf("%d ", rand());  
10.     }  
11.     getchar();  
12.     return 0;  
13. }  

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(){    int i;    for (i = 0; i < 10; i++)    {        printf("%d ", rand());    }    getchar();    return 0;}

在Windows下编译上面这个程序并运行，它产生的随机序列是：

41 18467 6334 26500 19169 15724 11478 29358 26962 24464

但是，当我们再运行一次时，我们会发现产生的序列是相同的。在当我们需要每次运行都产生不同的序列时，上面这样的函数显然是不行的。这是要注意的第一个陷阱。

在Linux下编译上面的程序，两次运行也会得出相同的结果，这与我们程序代码的预期是相同的。如果我们在程序的循环之前添加srand(1)，我们会得到相同的序列（与不调用srand效果相同）

根据实现机制给出的代码，如果我们写的程序是如下：

[cpp] view plaincopyprint?

1. #include <stdio.h>  
2. #include <stdlib.h>  
3.   
4. int main()  
5. {  
6.     int i;  
7.     for (i = 0; i < 10; i++)  
8.     {  
9.         srand(1);  
10.         printf("%d ", rand());  
11.     }  
12.     getchar();  
13.     return 0;  
14. }  

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(){    int i;    for (i = 0; i < 10; i++)    {        srand(1);        printf("%d ", rand());    }    getchar();    return 0;}

那它输出的序列将是相同的数，经过实际测试，确实如此：

41 41 41 41 41 41 41 41 41 41

如何写出每次运行结果都不同的随机序列呢？我们来看下例：

[cpp] view plaincopyprint?

1. #include <stdio.h>  
2. #include <stdlib.h>  
3. #include <time.h>  
4.   
5. int main()  
6. {  
7.     int i;  
8.     srand(time(NULL));  
9.     for (i = 0; i < 10; i++)  
10.     {  
11.         printf("%d ", rand());  
12.     }  
13.     getchar();  
14.     return 0;  
15. }  

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <time.h>int main(){    int i;    srand(time(NULL));    for (i = 0; i < 10; i++)    {        printf("%d ", rand());    }    getchar();    return 0;}

上面的代码，取了当前时间作为随机数种子，所以每隔一秒钟重新运行程序产生的序列都是不同的，但在同一秒钟会产生相同的序列，这不太理想。而且虽然每一秒的序列有所不同，但每个序列第一个数的数值往往相差不大，这不适用于一些要求比较严格的场合。

所以在这种情况下，最好用能取到毫秒和微秒级系统时间的函数去改写上面程序，并且在取到数时，先取一次模，再将数字拿去做种子会比较可靠一些。

如下面在Linux下的一个实现方法：

[cpp] view plaincopyprint?

1. #include <stdio.h>  
2. #include <stdlib.h>  
3. #include <time.h>  
4. #include <sys/time.h>  
5.   
6. int main()  
7. {  
8.     int i, seed;  
9.     struct timeval tv;  
10.     struct timezone tz = {0, 0};  
11.     gettimeofday(&tv, &tz);  
12.   
13.     /* tv.tv_usec 是一个微秒级的时间 */  
14.     seed = tv.tv_usec % 65536;  
15.     srand(seed);  
16.     for (i = 0; i < 10; i++)  
17.     {  
18.         printf("%d ", rand());  
19.     }  
20.     getchar();  
21.     return 0;  
22. }  

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <time.h>#include <sys/time.h>int main(){    int i, seed;    struct timeval tv;    struct timezone tz = {0, 0};    gettimeofday(&tv, &tz);    /* tv.tv_usec 是一个微秒级的时间 */    seed = tv.tv_usec % 65536;    srand(seed);    for (i = 0; i < 10; i++)    {        printf("%d ", rand());    }    getchar();    return 0;}

这个版本的运行结果基本可以满足预期，都是不相同的序列，即使在fork多个进程运行时，也可以使每个进程所得到的序列是不相同的。