C语言第二章分支与循环（下）——猜数字游戏

        掌握了前面学习的代码，下来我们来实现一个有趣的代码：猜数字游戏！

游戏要求：1. 电脑自动生成1~100的随机数

                 2. 玩家猜数字，猜数字的过程中，根据猜测数据的大小给出大了或小了的反馈，直到猜对，游戏结束。

一.随机数的生成

        要完成猜数字游戏，根据它的游戏规则，我们应该先实现随机数的生成，那么怎们生成随机数呢？C语言提供了专门的生成随机数的函数，下来我们来看看：

1.rand函数

C语言提供了一个函数叫rand函数，该函数是可以生成随机数的，函数语法如下所示：

int   rand  ( void )

 rand函数会返回一个伪随机数，这个随机数的范围是在0~RAND_MAX之间，这个RAND_MAX的大小是依赖编译器的，不同的编译器该数有可能不同。但是大部分编译器上是32767。rand函数的使用需要包含⼀个头文件：<stdlib.h> ，那我们就测试⼀下rand函数：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());return 0;
}

 

        这是第一次经过运行上述代码产生的5个随机数， 貌似看不出来任何猫腻，那么我们再次运行试试：

        上述结果时第二次运行代码产生的随机数，可以发现第一次和第二次产生的随机数是相同的，这样根本不满足游戏的规则，总不能每次游戏产生的随机数都是相同的，这样游戏就没有原本的游戏性，下来我们该怎么办呢？ 

         我们可以看到虽然第⼀次运行中产生的5个数字感觉是随机的，但是第二次运行程序生成的随机数和第一次产生的随机数一模一样，这就说明有问题。 如果再深入了解⼀下，我们就不难发现，其实rand函数生成的随机数是伪随机的，伪随机数不是真正的随机数，是通过某种算法生成的随机数。真正的随机数的是无法预测下一个值是多少的。而rand函数是对⼀个叫“种子”的基准值进行运算生成的随机数。之所以前面每次运行程序产生的随机数序列是一样的，那是因为rand函数生成随机数的默认种子是1。如果要生成不同的随机数，就应该让种子变化。

2.srand函数

        C语言提供了srand函数，作用是：初始化随机数的生成器。下来是srand函数的语法形式：

 void  srand (  unsigned   int   seed  );

        程序中在调用rand函数之前先调用srand函数，通过srand函数的参数seed来设置rand函数生成随机数的时候的种子，只要种子在变化，每次生成的随机数序列也就变化起来了。那也就是说给srand的种子是如果是随机的，rand就能生成随机数；在生成随机数的时候又需要一个随机数，这样貌似矛盾了。

3.time函数

        在程序中我们一般是使用程序运行的时间作为种子的，因为时间时刻都在发生变化。只要我们把生成的时间作为srand函数的参数，这样rand生成随机数的种子就是在时刻变化的，这样就可以得到真正的随机数。

         在C语言中有一个函数叫time，就可以获得时间，time函数的语法形式如下：

  time_t   time   (  time_t* timer  );

        time函数会返回当前的日历时间，具体形式就是1970年1月1日0时0分0秒到现在程序运行时间之间的差值，单位是秒。返回的类型是time_t类型的，time_t类型本质上其实就是32位或者64位的整型类型。

        time函数的参数timer如果是非NULL的指针的话，函数会将这个返回的差值放在timer指向的内存中带回去。如果timer是NULL，就只返回这个时间的差值。因为我们只需要time函数返回的变化值，所以就应该把time函数的参数设置为NULL。time函数返回的时间差也被叫做：时间戳。 time函数在用的时候需要包含头文件：<time.h>。

//VS2022 上time_t类型的说明 #ifndef _CRT_NO_TIME_T#ifdef _USE_32BIT_TIME_Ttypedef __time32_t time_t;#elsetypedef __time64_t time_t;#endif#endiftypedef long __time32_t;typedef __int64 __time64_t;

如果只是让time函数返回时间戳，我们就可以这样写：

  time  (  NULL  );                //调用time函数返回时间戳，这里没有接收返回值

这样我们就可以写出生成随机数的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main()
{//使⽤time函数的返回值设置种⼦ //因为srand的参数是unsigned int类型，我们将time函数的返回值强制类型转换 srand((unsigned int)time(NULL));printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());return 0;
}

 上述代码的解释：先包含了所有要用到的头文件；接下来利用srand函数，改变rand函数生成随机数的种子，且参数时间戳是随时变化的，这样rand函数生成随机数的种子就是随时变化的，得到的随机数就是真正意义上的随机数，而不是伪随机数了。下来用printf函数接收rand函数生成的随机数返回值，生成了5个随机数，方便检验。

srand函数是不需要频繁调用的，一次运行的程序中调用一次就够了。不需要碰到rand函数就使用一次，因为rand函数的随机性依赖于连续的内部状态演进，srand函数是用来启动rand函数生成随机数的演进过程的，只要种子定下来了，后面的rand函数生成的随机数都是真随机数，所以不需要连续调用srand函数。  

上面是两次生成的随机数，可以发现两次生成的随机数不再相同，这样游戏就有了随机性和娱乐性。 

 4.设置随机数的范围

        因为随机数是通过srand函数时刻改变rand种子而生成的真正意义上的随机数，所以我们把生成的随机数通过一些数学变换控制随机数的范围，变化之后的数字依然是真正意义上的随机数。

如果要生成0-99的随机数：

rand() % 100;                //余数的范围是0~99

如果要生成0-100的随机数：

rand()%100+1;                // %100的余数是0~99,0~99的数字+1,范围是1~100

如果要生成100-200的随机数：

100 + rand()%(200-100+1)         //余数的范围是0~100，加100后就是100~200

综上所述要得到a-b范围内的随机数，方法如下：

a  +  rand (  ) % (b - a + 1 )

5.猜数字游戏的代码实践

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
void game()        //定义game函数，用于主函数玩游戏时的调用
{int r = rand()%100+1;    //生成1-100的随机数int guess= 0;        //定义变量存放猜测的值while(1){printf("请猜数字>:");    //提示玩家该输入猜测的数字了scanf("%d", &guess);    //读取玩家输入的值if(guess < r)        //判断玩家输入的值和生成的随机值的关系，并打印告知{        printf("猜⼩了\n");}else if(guess > r){printf("猜⼤了\n");}else{printf("恭喜你，猜对了\n");break;}} 
}
void menu()        //定义菜单函数，在屏幕上打印菜单，供玩家选择游戏状态
{printf("***********************\n");printf("****** 1. play ******\n");printf("****** 0. exit ******\n");printf("***********************\n");
}
int main()
{int input = 0;        //定义输入变量，存放玩家输入的菜单数字srand((unsigned int)time(NULL));    //利用srand函数时刻改变rand生成随机数的种子do        //利用do-while循环，上来先打印菜单，并提示玩家输入游戏状态{menu();        //调用菜单函数，打印游戏可供选择的游戏状态printf("请选择:>");scanf("%d", &input);switch(input){case 1:game();        //当选择菜单的数字1时，调用game函数，开始游戏break;case 0:printf("游戏结束\n");    //当选择菜单的数字0时，游戏结束break;default:printf("选择错误，重新选择\n");    //当选择的不是菜单上的数字时，提示玩家错误信息break;}}while(input);    //当输入的input等于0时，循环终止return 0;
}

还可以加上猜数字的次数限制，如果5次猜不出来，就算失败：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
void game()
{int r = rand() % 100 + 1;int guess = 0;int count = 5;while (count){printf("\n你还有%d次机会\n", count);printf("请猜数字>:");scanf("%d", &guess);if (guess < r){printf("猜⼩了\n");}else if (guess > r){printf("猜⼤了\n");}else{printf("恭喜你，猜对了\n");break;}count--;}if (count == 0){printf("你失败了，正确值是:%d\n", r);}}
void menu()
{printf("***********************\n");printf("****** 1. play ******\n");printf("****** 0. exit ******\n");printf("***********************\n");
}
int main()
{int input = 0;srand((unsigned int)time(NULL));do{menu();printf("请选择:>");scanf("%d", &input);switch (input){case 1:game();break;case 0:printf("游戏结束\n");break;default:printf("选择错误，重新选择\n");break;}} while (input);return 0;
}