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随机数函数的使用

在Ｃ＋＋语言中，取随机数用的是Rand()函数，另外还提供了Srand()随机化函数。本文就这两个函数的应用及对比作一分析。
? Rand函数
Rand()函数生成０到Rand_Max的一个无符号整数。Rand_Max是在<cstdlib>头文件中定义的一个符号常量，其定义语句是：
/* Maximum value that can be returned by the rand function. */
#define RAND_MAX 0x7fff
可以看出，Rand_Max的值为32767，是一个两字节整数所能表达的最大值。根据概率学，如果Rand()确实以随机方式生成整数值，那么每次调用Rand()时，０到Rand_max之间的每个数出现的机会（概率）是一样的。我们可以用一个例子来说明：
//Example1.1：
#include <iostream>
#include <cstdlib>

using std::cout;
using std::endl;

#include <iomanip>

using std::setw;

int main()
{
 int i;
 for (i=1;i<=10;i++)
  cout << setw(10) << rand() << endl;
 return 0;
}
但要注意的是，这里所取的随机值都在32767以内。但如果你仔细运行几遍这个程序，你会发现，每次得到的结果是一样的。这是为何呢？函数Rnad其实是一个伪随机数（Pseudo-random numbers），重复调用Rand会生成看上去是随机产生的一系列数值，然而，这一系列数值会在程序执行时重复出现。这一特性看上去虽然很愚笨，但这正是证明程序能正常工作的一个关键。
那你要问，如何使每次运行程序得到不一样的随机值呢？也只有这样，才能称得上是真正的随机。那就要用到我们的第二个函数Srand()――随机化函数。下面我们就来认识这位朋友。
? Srand函数
Srand()的函数原型――void srand( unsigned int seed );
通过函数原型可以看出，Srand函数没有返回值，在使用时，需要提供一个种子值作为参数，其种子值被定义为Unsigned int，即无符号整数。Int值至少是两个字节，两字节的unsigned int的取值范围为０～65535之间，而四字节的unsigned int，其值范围可以达到０～4294967295之间。Srand函数中内嵌了一个Rand函数，以便在每次执行程序时生成不同的随机数系列。提供的无符号整型参数值不同，得到的随机值也不同，这样就保证了每次得到值的随机性。
//Example2.1:
#include <iostream>
#include <cstdlib>

using std::cout;
using std::endl;

#include <iomanip>

using std::setw;

int main()
{
 int i;
 srand(56);
 for (i=1;i<=10;i++)
  cout << setw(10) << rand() << endl;
 return 0;
}
通过改变随机值，可以得到不同序列的数值。当然这个程序可以设计成让用户每次输入一个种子值，这只需定义一个unsigned int型的变量即可。不过这样的程序还是不太理想，因为每次都要求输入种子值，显得繁琐。有什么办法让程序自取数值作为种子值呢？利用系统时间是个好办法。Ｃ++中提供了Time()函数来获取系统时钟。程序如下：
//Example2.2:
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>

using std::cout;
using std::endl;


#include <iomanip>

using std::setw;

int main()
{
 int i;
 srand(time(0));
 for (i=1;i<=10;i++)
  cout << setw(10) << rand() << endl;
 return 0;
}
这样程序每次运行所生成的随机数系列会“不同”。注意：Time(0)参数０返回当前“日历时间”的秒数。Srand函数只需在程序中调用一次，就可以获得所需的随机化效果，多次调用不仅徒劳无益，还会降低程序性能。
? 自定义随机取值范围
我们不是任何时候都需要从０～65535这么大的范围中取随机值，譬如统计男、女生出现可能性只需０和１两种可能，统计七种颜色的变化只需０～６七个数值，统计投掷骰子每个数字的可能性只需１～６六个数值，诸如此类的情况有很多种，这就使我们认识到单纯应用上述两个函数无法满足实际需要。如何来自定义随机数的取值范围呢？我们有一个很巧妙的方法。
我们都学过求模运算（％），利用％可以定义取值范围，比如取１～６的值，可以用１＋Rand()%6，因为余数必须比除数小，所以Rand()%6的值为0~5，加上１则值范围为１～６。这被称为“比例缩放”，数字６被称为“比例因子”。我们可以对这个结果进行一般化处理：n = a + rand() % b；a 指的是“位移值”（相当于所需的连续整数范围内的宽度值）。

　　综上所述，如果我们需要随机取值，可以使用Rand()函数，但这只是“伪随机数”，只有用Srand()函数进行随机化处理，才能保证每次所取的随机数序列的随机性。