有没有一个函数生成一个随机int数在C?或者我必须使用第三方库?
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我的极简解决方案应该适用于范围内的随机数[min, max)。在调用函数之前使用srand(time(NULL))。
int range_rand(int min_num, int max_num) {
if (min_num >= max_num) {
fprintf(stderr, "min_num is greater or equal than max_num!\n");
}
return min_num + (rand() % (max_num - min_num));
}
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标准的C函数是rand()。它可以用来发纸牌,但很糟糕。rand()的许多实现通过一个简短的数字列表循环,低位的周期更短。一些程序调用rand()的方式很糟糕,计算一个传递给srand()的好种子也很困难。
在C语言中生成随机数的最佳方法是使用第三方库,如OpenSSL。例如,
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <openssl/rand.h>
/* Random integer in [0, limit) */
unsigned int random_uint(unsigned int limit) {
union {
unsigned int i;
unsigned char c[sizeof(unsigned int)];
} u;
do {
if (!RAND_bytes(u.c, sizeof(u.c))) {
fprintf(stderr, "Can't get random bytes!\n");
exit(1);
}
} while (u.i < (-limit % limit)); /* u.i < (2**size % limit) */
return u.i % limit;
}
/* Random double in [0.0, 1.0) */
double random_double() {
union {
uint64_t i;
unsigned char c[sizeof(uint64_t)];
} u;
if (!RAND_bytes(u.c, sizeof(u.c))) {
fprintf(stderr, "Can't get random bytes!\n");
exit(1);
}
/* 53 bits / 2**53 */
return (u.i >> 11) * (1.0/9007199254740992.0);
}
int main() {
printf("Dice: %d\n", (int)(random_uint(6) + 1));
printf("Double: %f\n", random_double());
return 0;
}
为什么有这么多代码?其他语言,如Java和Ruby,都有用于随机整数或浮点数的函数。OpenSSL只提供随机字节,因此我尝试模拟Java或Ruby如何将它们转换为整数或浮点数。
对于整数,我们要避免模偏置。假设我们从rand() % 10000中得到一些随机的4位整数,但是rand()只能返回0到32767(就像在Microsoft Windows中那样)。0到2767之间的每个数字出现的频率要高于2768到9999之间的每个数字。为了消除偏差,我们可以在值低于2768时重试rand(),因为从2768到32767的30000值统一映射到从0到9999的10000值。
对于浮点数,我们需要53个随机位,因为double类型拥有53位精度(假设它是IEEE double类型)。如果我们使用超过53位,就会产生舍入偏差。有些程序员写rand() / (double)RAND_MAX这样的代码,但是rand()可能只返回31位,或者在Windows中只返回15位。
OpenSSL的RAND_bytes()可能通过读取Linux中的/dev/urandom来自行播种。如果我们需要很多随机数,从/dev/urandom读取它们会很慢,因为它们必须从内核复制。允许OpenSSL从种子中生成更多的随机数会更快。
更多关于随机数的内容:
Perl的Perl_seed()是一个如何在C中为srand()计算种子的例子。如果它不能读取/dev/ urrandom,它会混合来自当前时间、进程ID和一些指针的比特。 OpenBSD的arc4random_uniform()解释了模偏置。 random的Java API描述了从随机整数中去除偏差的算法,并将53位打包到随机浮点数中。
你也可以使用mathgl库#include <mgl2/mgl_cf.h>(虽然首先你需要安装它,我自己通过MSYS2安装)函数mgl_rnd()。它也有均匀分布,高斯分布等等。这是ez的用法。但我不知道它的特点。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void main()
{
int visited[100];
int randValue, a, b, vindex = 0;
randValue = (rand() % 100) + 1;
while (vindex < 100) {
for (b = 0; b < vindex; b++) {
if (visited[b] == randValue) {
randValue = (rand() % 100) + 1;
b = 0;
}
}
visited[vindex++] = randValue;
}
for (a = 0; a < 100; a++)
printf("%d ", visited[a]);
}
对于c, STL不存在,你必须调用rand,或者更好的是,随机。它们在标准库头文件stdlib.h中声明。rand是POSIX, random是BSD规范函数。
rand和random之间的区别是random返回一个更有用的32位随机数,而rand通常返回一个16位数。BSD手册显示rand的较低位是循环的和可预测的,因此rand对于较小的数字可能是无用的。
如果你的系统支持arc4random函数族,我建议使用它们来代替标准的rand函数。
arc4random家族包括:
uint32_t arc4random(void)
void arc4random_buf(void *buf, size_t bytes)
uint32_t arc4random_uniform(uint32_t limit)
void arc4random_stir(void)
void arc4random_addrandom(unsigned char *dat, int datlen)
Arc4random返回一个随机的32位无符号整数。
Arc4random_buf将随机内容放在参数buf: void *中。内容的数量由bytes: size_t参数决定。
Arc4random_uniform返回一个随机的32位无符号整数,它遵循规则:0 <= Arc4random_uniform (limit) < limit,其中limit也是一个32位无符号整数。
Arc4random_stir从/dev/urandom读取数据,并将数据传递给arc4random_adrandom以额外随机化它的内部随机数池。
arc4random_adrandom由arc4random_stir使用,根据传递给它的数据填充它的内部随机数池。
如果你没有这些函数,但你在Unix上,那么你可以使用下面的代码:
/* This is C, not C++ */
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h> /* exit */
#include <stdio.h> /* printf */
int urandom_fd = -2;
void urandom_init() {
urandom_fd = open("/dev/urandom", O_RDONLY);
if (urandom_fd == -1) {
int errsv = urandom_fd;
printf("Error opening [/dev/urandom]: %i\n", errsv);
exit(1);
}
}
unsigned long urandom() {
unsigned long buf_impl;
unsigned long *buf = &buf_impl;
if (urandom_fd == -2) {
urandom_init();
}
/* Read sizeof(long) bytes (usually 8) into *buf, which points to buf_impl */
read(urandom_fd, buf, sizeof(long));
return buf_impl;
}
urandom_init函数打开/dev/urandom设备,并将文件描述符放在urandom_fd中。
urandom函数基本上与rand调用相同,只是更安全,并且它返回一个长(容易更改)。
但是,/dev/urandom可能会有点慢,所以建议您使用它作为不同随机数生成器的种子。
如果您的系统没有/dev/urandom,但是有一个/dev/random或类似的文件,那么您可以简单地将传递的路径更改为在urandom_init中打开。urandom_init和urandom中使用的调用和api(我相信)是POSIX兼容的,因此,即使不是所有POSIX兼容的系统,也应该在大多数系统上工作。
注意:如果可用熵不足,从/dev/urandom读取将不会阻塞,因此在这种情况下生成的值可能是密码不安全的。如果您担心这一点,那么使用/dev/random,如果熵不足,它总是会阻塞。
如果您在另一个系统(即。Windows),然后使用rand或一些内部Windows特定平台依赖的不可移植API。
urandom, rand或arc4random调用的包装器函数:
#define RAND_IMPL /* urandom(see large code block) | rand | arc4random */
int myRandom(int bottom, int top){
return (RAND_IMPL() % (top - bottom)) + bottom;
}