本文分两部分，先介绍 C 语言中与随机数相关的两个函数 srand 和 rand，后介绍 C++ 中的 random 库。
1、C 语言中的 srand 和 rand
1）实现
下面是 VC 的实现：
#define RAND_MAX 32767 // in <stdlib.h>
unsigned long _Randseed = 1; // global seed
void srand(unsigned int seed) {
_Randseed = seed;
}
int rand(void) {
_Randseed = _Randseed * 1103515245 + 12345;
return ((unsigned int)(_Randseed >> 16) & RAND_MAX);
}
第一次接触 C 语言中的随机数时，很疑惑为什么有种子这个玩意，只提供一个产生随机数的函数不就行了吗，看了上面的源码后，就明白了，因为计算机不能产生真正的随机数，只能靠数学的方法产生伪随机数。srand 函数的作用是设置种子，如果不设置的话种子（上面的 _Randseed）则默认初始是1，种子是全局变量。rand 的实现就跟数论有关了，可以看到它的返回值范围是 [0, RAND_MAX]，标准也是这么规定的。
2）time
既然计算机不能产生真正的随机数，那怎么才能使程序每次运行的结果不同呢？总得有个随机的东西，那就借助 time 这个函数产生种子，引入一个新东西又会带来一些坑，我早年写过这种程序：
// 生成十个随机数（错误用法）
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
srand((unsigned int)time(NULL));
printf("%d: %d\n", i, rand());
}
它将产生10个相同的数。要解释这个问题，就得弄懂 time 这个函数，它的函数原型如下：
time_t time(time_t *timer);
它返回“当前时间”，这个“时间“的类型是 time_t，在 VC 中被 typedef 为 unsigned long，标准中只规定它是个算数类型，至于它是如何表示时间的未定义。一般是返回 UNIX 时间戳，定义为从格林威治时间1970年01月01日00时00分00秒起至现在的总秒数。上面的程序执行时很快，在一秒内完成循环，所以它产生了相同的随机数。
3）my_rand
下面提供三个生成随机数的模板
/*
** return a random integer in the interval
** [0, RAND_MAX]
*/
int my_rand() {
static int is_first = 1;
if (is_first) {
is_first = 0;
srand((unsigned int)time(NULL));
}
return rand();
}
/*
** return a random integer in the interval
** [a, b]
*/
int uniform_int(int a, int b) {
static int is_first = 1;
if (is_first) {
is_first = 0;
srand((unsigned int)time(NULL));
}
return (int)((double)rand() / ((RAND_MAX + 1.0) / (b - a + 1.0)) + a);
}
/*
** return a random real in the interval
** [a, b] (also [a, b))
*/
double uniform_real(double a, double b) {
static int is_first = 1;
if (is_first) {
is_first = 0;
srand((unsigned int)time(NULL));
}
return (double)rand() / ((double)RAND_MAX / (b - a)) + a;
}
它们可单独调用，当初始同时调用 uniform_int 和 uniform_real 时，它们将产生两个很接近的数，如果在意这一点的话可以把 srand 放到外面，只调用一次 srand。当要求的随机数范围过大时，uniform_int 和 uniform_real 貌似有 bug。
2、random 库
在 random 库中有随机数发生器（random engine/generator）和分布（distribution），它们的具体用法我就不在这不说了。我个人认为 engine 存储了种子，将 C 语言中的全局种子封装起来了。uniform distribution 中只存储了最大值和最小值（即平均分布的两个参数）。其实还有个真正的 engine 叫 std::random_device，它根据机器的各种实时参数产生随机数。
同样地，下面提供两个模板。
/*
** return a random integer in the interval [a, b]
*/
int uniform_int(int a, int b) {
static std::default_random_engine e{std::random_device{}()}; // avoid "Most vexing parse"
static std::uniform_int_distribution<int> u;
return u(e, decltype(u)::param_type(a, b));
}
/*
** return a random real in the interval [a, b] (also [a, b))
*/
double uniform_real(double a, double b) {
static std::default_random_engine e{std::random_device{}()};
static std::uniform_real_distribution<double> u;
return u(e, decltype(u)::param_type(a, b));
}
【参考资料】
[1] C 标准库
[2] C 和指针
[4] How to generate a random number in C?
[5] Generate random numbers uniformly over an entire range
[6] Generate a random number within range?
[7] C++ random float number generation
[8] C++ Primer