C语言——猜数字游戏（rand、srand、time函数学习）

📝练/学前预警：

• 我们前面学习了C语言的选择、循环结构，以及操作符等知识，如果有忘记的知识可以打开这个链接进行学习 C语言学习专栏🔗
• 我们掌握了前面的知识后，我们可以做一个小游戏——猜数字游戏
• 猜数字游戏的要求：
  • 生成1-100的随机数
    • 随机数生成需要学习（rand、srand、time）这三个函数
    • rand：生成随机数
    • srand：设置种子
    • time：得到时间戳，变化种子
  • 循环来进行猜测随机数（循环结构🔗）
  • 判断猜测的数字和随机数的大小（选择结构🔗）
  • 如果将代码都写到main函数中会看着不太清晰，所以我们可以通过函数定义、声明、调用来进行优化代码
    函数定义、声明、调用学习🔗

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猜数字游戏要求：

• 电脑自动生成1-100的随机数；
• 用户进行猜数字，我们根据猜测数据的大小电脑提示时大了还是小了，直到猜到，游戏结束

• 从这个要求中我们可以提炼我们需要准备的内容：
  • 随机数的生成（rand）
  • 循环猜数字直到结束（while、for、do … while）

🎏准备内容：

在我们前面的学习中我们并没有学习随机数的生成，那么怎么样才可以让计算机自动的生成随机数呢？

• C语言提供了一个函数rand()，这个是可以生成随机数的(生成的是伪随机数)

1️⃣rand函数

在C语言中的标准库中提供了这个函数，详细介绍可以打开这个链接来进行学习，rand函数参考🔗
函数原型：int rand(void);

• rand函数是会返回一个伪随机数 ( 整数 )
  • 伪随机数： 看起来是随机的，但实际上是通过一个确定的、复杂的数学公式从一个初始的“种子”值计算出来的序列。只要种子相同，生成的序列就完全相同。
• rand函数生成的随机数的范围是在0~RAND_MAX之间，最大随机数是依赖我们的编译器的，目前大部分的最大随机数是32767
• rand函数的使用是需要头文件<stdlib.h>

1.1、🤔如何知道最大随机数

• 如果想知道目前你所使用的编译器中最大随机数是多大，可以通过这段代码来进行查阅：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // 包含 rand() 和 RAND_MAX 的定义
int main() 
{printf("RAND_MAX 的值是: %d\n", RAND_MAX);return 0;
}
//我的运行得到是 32767

1.2、rand函数的使用代码

• 通过下面这个代码运行我们可以得到下面的结果

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // 包含 rand() 和 RAND_MAX 的定义
int main() 
{printf("1、%d\n", rand());printf("2、%d\n", rand());printf("3、%d\n", rand());printf("4、%d\n", rand());return 0;
}

• 我们通过两次的运行结果对比可以知道，
• 每次的运行中只是相对于当次的四个数是相对随机的
• 但多次运行可以知道，这并不随机

这是为什么呢？

• 是因为rand函数是生成伪随机数，这是通过某种算法生成的随机数
• rand函数是通过 “种子” 为标准来进行运算生成的随机数
• 每次运行的随机数的序列相同是因为rand函数生成随机数的默认种子为 1
• 并不是真正的随机数，真正的随机数是无法预测下一刻的值会是多少的
• 既然rand函数是默认种子为1，我们可不可以通过变化种子来进行生成真正的随机数

显而易见，这是必然可以的，下面我们学习srand()函数和time()函数变化种子来生成随机数

2️⃣srand函数

• C语言中提供了一个函数srand()这个是用来初始化随机数的生成器，这个函数也需要<stdlib.h>头文件
• srand原型：void srand(unsigned int seed)
• 程序在使用rand()时，我们可以先调用srand()通过设置参数seed的值，来进行设置rand()函数生成随机数的种子。
  • 只要种子发生变化，生成的随机数序列也是随机的（下面有体现）

使用：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{srand(3);		printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());return 0;
}

如果我们改变srand()函数里面的值会怎么样呢？

• 所以我们只要将srand()的种子是随机变化的，rand()就可以生成真正的随机数

🤔我们应该如何将种子随机变化，让种子变成随机数呢？
这个学习参考链接有对C语言的函数进行说明
srand参考🔗

为了生成类似随机数的 ， srand 通常初始化为一些独特的运行时值，例如函数 time 返回的值

• 所以我们可以通过time函数来进行对种子的变化

3️⃣time函数

• 我们将时间作为种子是因为时间是时时刻刻在变化的
• 在C语言中time函数就可以获得这个时间，使用这个函数需要头文件<time.h>
• time参考🔗
  

  • 如果 timer 不为 NULL，则函数会把结果 (返回时间值) 同时保存到 *timer 中 (该指针指向的内存中)；

  • 如果 timer 为 NULL，只返回时间值，不保存。

  • 我们可以根据下面的代码，大致了解上面的意思，根据自己的需要来进行使用

	time_t t1;   // 定义一个 time_t 类型变量time_t t2;	 // 定义一个 time_t 类型变量time(&t1);         // 把当前时间保存到 t1 中t2 = time(NULL);   // 获取时间返回值，不保存到任何变量（NULL表示不保存）

• time 函数原型：time_t time (time_t* timer);
  • 这个函数会返回从现在程序运行时间到1970年1月1日0时0分0秒的差值（秒）
  • 返回类型是time_t，这个是32位或64位的整型类型
• time函数返回的时间差也叫时间戳
  时间戳的转换🔗

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4️⃣随机数生成代码

现在我们已经学习了三个函数，我们可以将真正的随机数的代码写出来了

• srand()函数在 程序运行时，只需要设置一次随机种子；
  • 之后的每次 rand() 调用，都会根据上一次的状态自动生成新的 “ 伪随机数 ” ,每次运行程序都会不一样（因为时间不同）
• srand()函数反复调用，则可能导致time(NULL) 在同一秒内的值是一样的，所以每次种子都一样 → 随机序列也一样 → 看起来“不随机”

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>	//srand，rand
#include<time.h>	//time
int main()
{//使用time函数的返回值设置种子// time(NULL)//srand的函数原型是：void srand(unsigned int seed)//因为srand的参数类型unsigned int，所以我们需要将time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());return 0;
}
**********************************
输出：
27781
11507
3142
18474

• 以上的输出是我的电脑运行时的输出结果，我们可以看到这个随机数太大了，我们可以限制随机数的范围，来生成随机数

5️⃣随机数的范围控制

• 生成[a, b]范围的整数：rand() % (b - a + 1) + a
  • 需要注意这个运算顺序：先算括号的，再取余，再加法
• 生成[a, b]范围的浮点数：(double)rand() / RAND_MAX * (b - a) + a

🤔为什么rand函数的返回值是整数却又浮点型的随机数呢？

• rand函数原型：int rand(void);
• 理应来说，应该是只生成整型的随机数
• 浮点随机数是人为“转换”出来的。
  • 先通过这个得到[0.0，1.0]范围的浮点数，(double)rand() / RAND_MAX;
  • 再乘上想要的范围，得到了随机范围的浮点数，(double)rand() / RAND_MAX * (b - a) + a

因为在很多应用中，我们不只是需要整数的随机性，所以人为界定了浮点型随机数

• 代码实现：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>	//srand，rand
#include<time.h>	//time
int main()
{//要0-100的随机数srand((unsigned int)time(NULL));int arr[3] = { 0 };//初始化数组for (int i = 0; i < 3; i++){arr[i] = rand() % 101;printf("%d\t", arr[i]);}return 0;
}
****************
输出：
80      46      4

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🎯猜数字游戏代码：

我们已将将这个C语言代码的准备工作已经准备好了，下面我们就可以正式开始写这个代码了

• 知识储备：
  • 循环猜数字，直到正确为止（for、while、do while）
  • 随机数（rand、srand、time）

1.1、设置游戏菜单

• 只在最开始时判断是否要玩游戏，最开始问一次和最后猜对数字后再问一次是否开始游戏
• 输入1是开始玩游戏；输入0则是退出游戏

int main()
{printf("***********************************\n");printf("************1. play game************\n");printf("************2. exit game************\n");printf("***********************************\n");
}

1.2、设置游戏

• 生成[1,100] 的随机数
• 输入用户所猜测的数字
• 根据用户猜的数字和生成的随机数比较并提供提示
• 直到用户猜到正确数字停止游戏

int main()
{int guess= 0;			//用户猜测数字srand((unsigned int)time(NULL));int r = rand() % 100 + 1;		//生成1-100的随机数while(1){printf("请输入猜测的数字：");scanf("%d", &guess);if (guess > r)printf("猜大了！\n\n");else if (guess < r)printf("猜小了！\n\n");else{printf("太厉害了，猜对了！\n\n");break;}}
}

1.3、代码总体实现

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>	//srand，rand
#include<time.h>	//time
int main()
{int input = 0;do{printf("***********************************\n");printf("************1. play game************\n");printf("************0. exit game************\n");printf("***********************************\n");printf("请选择》》");scanf("%d", &input);switch (input){case 1:{int guess = 0;			//用户猜测数字srand((unsigned int)time(NULL));int r = rand() % 100 + 1;		//生成1-100的随机数while (1){printf("请输入猜测的数字：");scanf("%d", &guess);if (guess > r)printf("猜大了！\n\n");else if (guess < r)printf("猜小了！\n\n");else{printf("太厉害了，猜对了！\n\n");break;}}break;}case 0:{printf("游戏结束！\n");break;}default:{printf("选择错误，请重新选择！\n");break;}}} while (input);return 0;
}

💥优化猜数字游戏代码（通过函数声明 、定义、调用）

我们可以看到上面的代码非常的乱，可读性很低

• 我们可以通过 函数声明、定义、调用🔗 来将代码拆分成
  • 菜单栏
  • 游戏栏
  • 主函数

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• 菜单栏：

void menu()
{printf("***********************************\n");printf("************1. play game************\n");printf("************0. exit game************\n");printf("***********************************\n");
}

• 游戏栏：

void game()
{int guess = 0;			//用户猜测数字srand((unsigned int)time(NULL));int r = rand() % 100 + 1;		//生成1-100的随机数while (1){printf("请输入猜测的数字：");scanf("%d", &guess);if (guess > r)printf("猜大了！\n\n");else if (guess < r)printf("猜小了！\n\n");else{printf("太厉害了，猜对了！\n\n");break;}}
}

• 总体实现：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>	//srand，rand
#include<time.h>	//time
//菜单
void menu()
{printf("***********************************\n");printf("************1. play game************\n");printf("************0. exit game************\n");printf("***********************************\n");
}
//猜数字游戏
void game()
{int guess = 0;			//用户猜测数字srand((unsigned int)time(NULL));int r = rand() % 100 + 1;		//生成1-100的随机数while (1){printf("请输入猜测的数字：");scanf("%d", &guess);if (guess > r)printf("猜大了！\n\n");else if (guess < r)printf("猜小了！\n\n");else{printf("太厉害了，猜对了！\n\n");break;}}
}
//主函数
int main()
{int input = 0;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，请重新选择！\n\n");break;}} while (input);return 0;
}

💫猜数字游戏升级（限制猜测次数）

我们可以设置一个计数器，
计算用户猜测次数，
当用户猜测次数达到5次，则自动判断猜数字失败；
并且进入重新选择是否开始猜数字游戏的界面

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>	//srand，rand
#include<time.h>	//time
//菜单
void menu()
{printf("***********************************\n");printf("************1. play game************\n");printf("************0. exit game************\n");printf("***********************************\n");
}
//猜数字游戏
void game()
{int count = 0;		//计数器int guess = 0;			//用户猜测数字srand((unsigned int)time(NULL));int r = rand() % 100 + 1;		//生成1-100的随机数while (count<5){printf("请输入猜测的数字：");scanf("%d", &guess);count++;if (guess > r){printf("猜大了！\n");printf("猜测次数还剩：%d\n\n", 5 - count);if (count == 5){printf("猜测次数用完，再接再厉！\n\n");}}else if (guess < r){printf("猜小了！\n");printf("猜测次数还剩：%d\n\n", 5 - count);if (count == 5){printf("猜测次数用完，再接再厉！\n\n");}}	else{printf("太厉害了，猜对了！\n\n");break;}}
}
//主函数
int main()
{int input = 0;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，请重新选择！\n\n");break;}} while (input);return 0;
}

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✒️小结：

• 我们前面学习了rand、srand、time函数
• 学习了函数声明、定义、调用来进行函数的优化
• 猜数字游戏的二次优化（限制猜测次数）

感谢大家的浏览🌹🌹