C 語言隨機數生成實戰大全：從基礎 rand/srand 到進階洗牌與非標準函數辨析

核心認知：偽隨機數的決定性本質

C 標準庫 rand() 生成的是偽隨機數。它以種子為初始值，透過線性同餘法等遞推公式產生序列。序列週期極長時統計特性近似隨機。預設種子為 1，導致程式每次執行輸出相同。必須用 srand() 設定種子打破確定性。

標準組合拳：srand() + rand()

#include <stdlib.h>
#include <time.h>

srand((unsigned)time(NULL)); // 以當前時間為種子
int r = rand();              // 0 ~ RAND_MAX (>=32767)

關鍵點：srand 僅需呼叫一次，通常在 main 開頭。重複呼叫 srand 且種子相同會重置序列。

範圍映射：三種常見需求的標準寫法

非標準函數：random()、randomize() 為什麼不用？

• random(num)：直接返回 [0, num-1]，方便但非 ANSI C，僅限舊版 Borland/Turbo C。
• randomize()：自動以時間設種子，同樣非標準。
• 結論：跨平台、標準合規專案嚴禁使用，堅持 rand/srand。

進階技巧：生成不重複隨機序列（洗牌演算法）

需求：從 1~N 產生不重複隨機排列（如撲克牌洗牌、抽獎）。

// Fisher-Yates 洗牌：O(N) 時間、O(N) 空間
int a[N+1];
for (int i = 1; i <= N; ++i) a[i] = i;
for (int i = N; i >= 1; --i)
    swap(&a[i], &a[rand() % i + 1]); // +1 關鍵：避免索引 0
// a[1]~a[N] 即為隨機排列

另一種「檢查法」效率極低（O(N²) 甚至無限循環），生產環境禁止使用。

常見錯誤與避坑指南

1. 忘記 srand()：每次運行結果相同。
2. 循環中重複 srand(time(NULL))：若循環極快，種子相同導致產生相同數。
3. 用 char 接收 rand()：rand() 返回 int，char 會截斷高位。
4. 模運算偏差：RAND_MAX+1 不整除範圍大小導致分布不均，高精度場景用浮點縮放或拒絕採樣。
5. 多執行緒競爭：rand() 非執行緒安全，C++11 應用 <random> 庫（mt19937 + 分佈器）。

現代 C++ 替代方案：<random> 標準庫

#include <random>
std::mt19937 gen(std::random_device{}());
std::uniform_int_distribution<> dist(1, 100);
int r = dist(gen); // 高質量、執行緒安全、分布完美

C++11 起強烈建議棄用 rand/srand，改用 <random> 體系。