C/C++ 随机数生成方法

1. 使用 `rand()` 和 `srand()`

  • 库: `<stdlib.h>` 或 `<cstdlib>`

  • 特点: 伪随机数生成器,简单易用。

  • 示例:

#include <stdlib.h>

#include <time.h>

int main() {

srand(time(NULL)); // 初始化随机数生成器

int random_number = rand() % 100; // 生成 0 到 99 之间的随机数

printf("Random number: %d\n", random_number);

return 0;

}

2. 使用 `<random>` 库

  • 库: `<random>`

  • 特点: 提供了多种随机数生成器和分布。

  • 示例:

#include <random>

#include <iostream>

int main() {

std::random_device rd; // 真随机数生成器

std::mt19937 gen(rd()); // Mersenne Twister 引擎

std::uniform_int_distribution<> dis(0, 99); // 生成 0 到 99 之间的整数

int random_number = dis(gen);

std::cout << "Random number: " << random_number << std::endl;

return 0;

}

3. 使用 `/dev/random` 和 `/dev/urandom`

  • 库: 不需要特殊库,直接通过文件操作读取。

  • 特点: 提供真随机数。

  • 示例:

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

FILE *file = fopen("/dev/urandom", "rb");

unsigned char random_byte;

if (fread(&random_byte, 1, 1, file) != 1) {

perror("fread");

exit(EXIT_FAILURE);

}

fclose(file);

int random_number = random_byte % 100;

printf("Random number: %d\n", random_number);

return 0;

}

4. 使用硬件随机数生成指令

  • 库: `<x86intrin.h>`

  • 特点: 提供硬件级别的真随机数。

  • 示例:

#include <x86intrin.h>

#include <stdio.h>

int main() {

unsigned int random_number;

_rdrand32_step(&random_number); // 可能需要多次尝试才能成功

printf("Random number: %u\n", random_number % 100);

return 0;

}

5. 使用 OpenSSL 库

  • 库: `<openssl/rand.h>`

  • 特点: 提供高质量随机数,适用于加密。

  • 示例:

#include <openssl/rand.h>

#include <stdio.h>

int main() {

unsigned char random_bytes[4]; // 生成 4 字节随机数

if (!RAND_bytes(random_bytes, sizeof(random_bytes))) {

printf("RAND_bytes failed\n");

return 1;

}

unsigned int random_number = *(unsigned int *)random_bytes;

printf("Random number: %u\n", random_number % 100);

return 0;

}

选择合适的随机数生成方法

  • 伪随机数生成器 (`rand()`, `<random>`): 适用于对随机性要求不高的场合,如游戏开发中的简单随机事件。

  • 真随机数生成器 (`/dev/urandom`, OpenSSL, 硬件随机数生成器): 适用于安全性要求高的场合,如密码学应用、加密密钥生成。

注意事项

  • 使用 `/dev/random` 时要注意,如果系统熵池中的熵不够,读取 `/dev/random` 可能会阻塞,直到有足够的熵产生。

  • 对于安全性敏感的应用,应避免使用 `rand()` 和 `srand()`,因为它们生成的是伪随机数,不适合用于加密。

  • 在选择随机数生成器时,要考虑到性能和安全性之间的平衡。

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