C Primer Plus(6) 中文版 第12章 存储类别、链接和内存管理 12.2 随机数函数和静态变量

12.2 随机数函数和静态变量 
一个使用内部链接的静态变量的函数，随机数函数。ANSI C库提供了rand()函数生成的随机数。生成随机数有多种算法，ANSI C允许C实现针对特定机器使用最佳算法。然而，ANSI C标准还提供了一个可移植的标准算法，在不同系统中生成相同的随机数。实际上，rand()是“伪随机数生成
器”，意思是可预测生成数字的实际序列。但是，数字在其取值范围内均匀分布。
为了看清楚程序内部的情况，我们使用可移植的ANSI版本，而不是编译器内置的rand()函数。可移植版本的方案开始于一个“种子”数字。该函数使用该种子生成新的数。这个新数字又成为新的种子。然后，新种子可用于新的种子，依次类推。该方案要行之有效，随机数函数必须记录它上一次
被调用时所使用的种子。这里需要一个静态变量。
/* rand0.c –– produces random numbers            */
/*               uses ANSI C portable algorithm  */
static unsigned long int next = 1;  /* the seed  */

unsigned int rand0(void)
{
    /* magic formula to generate pseudorandom number */
    next = next * 1103515245 + 12345;
    return (unsigned int) (next/65536) % 32768;
}
/* r_drive0.c -- test the rand0() function */
/* compile with rand0.c                    */
#include
extern unsigned int rand0(void);

int main(void)
{
    int count;
    
    for (count = 0; count < 5; count++)
        printf("%d\n", rand0());
    
    return 0;
}

/* 输出：

*/

该程序也需要多文件编译。
程序输出的数字看上去是随机的，再次运行程序后，输出的结果跟上一次相同。这体现了“伪随机”的一个方面。每次主程序运行，都开始于相同的种子1。可以通过引入另一个函数srand()来重置种子来解决这个问题。关键是要让next称为只供rand1()和srand()访问的内部链接静态变量（srand()相当于C库中的srand()函数）。把srand1()假如rand1()所在的文件中。
/* s_and_r.c -- file for rand1() and srand1()    */
/*                uses ANSI C portable algorithm */
static unsigned long int next = 1;  /* the seed  */

int rand1(void)
{
    /* magic formula to generate pseudorandom number */
    next = next * 1103515245 + 12345;
    return (unsigned int) (next/65536) % 32768;
}

void srand1(unsigned int seed)
{
    next = seed;
}
/* r_drive1.c -- test rand1() and srand1() */
/* compile with s_and_r.c                  */
#include
#include
extern void srand1(unsigned int x);
extern int rand1(void);

int main(void)
{
    int count;
    unsigned seed;
    
    printf("Please enter your choice for seed.\n");
    while (scanf("%u", &seed) == 1)
    {
        srand1(seed);    /* reset seed */
        for (count = 0; count < 5; count++)
            printf("%d\n", rand1());
        printf("Please enter next seed (q to quit):\n");
    }
    printf("Done\n");
    
    return 0;
}

/* 输出：

*/ 

注意 自动重置种子
如果C实现允许访问一些可变的量（如，时钟系统），可以用这些值（可能会被截断）初始化种子值。例如，ANSI C有一个time()函数返回系统时间。虽然时间单元因系统而已，但是重点是该返回值是一个可进行运算的类型，而且其值随着时间变化而变化。time()返回值的类型名是time_t，具体类型与系统有关。这没关系，我们可以使用强制类型转换：
#include /*提供time()的ANSI原型*/
srand( (unsigned int)time(0) ); /*初始化种子*/
一般而言，time()接受的参数是一个time_t类型对象的地址，而时间值就存储在传入的地址上。当然，也可以传入空指针（0）作为参数，这种情况下，只能通过返回值机制来提供值。
可以把这个技巧应用于标准的ANSI C函数srand()和rand()中。如果使用这些函数，要在文件中包含stdlib.h头文件。实际上，既然已经明白了srand1()和rand1()如何使用内部链接的静态变量，你也可以使用编译器提供的版本。