随机以及时间相关函数——C语言描述

随机相关的函数

　　头文件 stdlib.h

　　相关函数 ：rand 、srand

　　rand( rand C++ Reference )

　　函数声明：int rand( void );

　　rand函数返回一个位于 0 - RAND_MAX之间的伪随机整数。其中RAND_MAX在头文件 stdlib.h 中定义( 一般为int类型可表示的最大正整数 )。

　　rand函数通过一个特定的随机数生成算法生成伪随机数序列，该算法依据一个初始的种子值进行伪随机数生成。伪随机数生成可以看做一个特殊的处理过程，对于同一个输入(种子)，输出的伪随机值序列总是相同的( 相对于一次程序运行 )。可使用函数 srand 设置伪随机数算法的种子，rand函数默认的种子值为1。

 

　　srand( srand C++ Reference )

　　函数声明： void srand( unsigned int seed);

　　初始化伪随机序列生成器的种子值。srand函数将伪随机数生成算法的种子使用参数 seed 初始化，使得伪随机数生成依赖于不同的种子，避免重复。通过将种子值 seed 设置为不同的可区分的值(如程序运行时的时间)，可以保证生成的伪随机序列较为随机。

　　seed = 1时，即为伪随机序列生成算法的默认初始初始值。

　　示例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

#define num_of_loop 8                   /*循环次数*/   
void generate_random_num(void);         /*产生随机序列并输出*/

int main(void)
{
    generate_random_num();              /*使用默认的随机种子，即 1*/

    srand( 5 );                         /*使用 5 初始化随机种子*/
    generate_random_num();

    srand( 1 );                         /*使用 1 初始化随机种子*/
    generate_random_num();

    return 0;
}

void generate_random_num(void)
{
    int i;
    for( i = 0 ; i < num_of_loop ; i++)
     printf("%d\t",rand());

    printf("\n");
}                                                

　　结果如下图：

　　

 　　可以看到默认种子的随机序列和种子值为1的随机序列是一样的，而种子值为5的随机序列则不相同。事实上，对于同一个种子值，每次程序运行产生的随机序列都是一样的( 注意不是每次 rand 函数调用，而是每次程序运行 )。即下一次运行上述示例时，仍产生一样的伪随机序列。

　　为了使得由固定种子值产生的固定伪随机序列是较为随机的，可以在每次运行程序或调用 rand 函数之前使用不同的种子值来进行初始化。常用的方法是使用在函数调用之时的时间来作为种子值。

 

时间相关的函数

　　头文件：time.h

　　相关函数：time、clock

　　time( time C++ Reference )

　　函数声明：time_t time( time_t *timer );

　　time函数的参数可以为空，即 0 / NULL ,此时 time 函数返回一个 time_t 类型的日历时间；

　　time函数接受一个指向 time_t 类型变量的指针作为参数，函数返回一个 time_t 类型的日历时间，并将参数指针指向的变量值设置为该日历时间。

　　time函数返回的日历时间精确到秒级。

　　根据上文对随机函数的描述，我们可以使用下面的语句来对随机数序列的种子初始化，这样每次进行初始化时的种子在秒级别的精度上是不一样，故而可以做到较好的随机。

　srand( (int) time(NULL) )　　　　　//使用 time 函数返回的日历时间初始化函数，在秒级进度上保证每次种子值一致

 

　　clock( clock C++ Reference )

　　函数声明：clock_t clock( void );

　　clock函数返回程序运行至clock函数处所消耗的处理器时间( 时间片数 )，若调用失败则返回 -1。

　　clock函数返回值为运行消耗的时间片数，一个时间片为系统设置的一个常量时间单元，不同的系统时间片长度可能不同。可以通过在程序运行的不同位置设置两个clock函数，并根据其差值获得程序运行所消耗的时间片数。在头文件 time.h 中，存在宏定义 CLOCKS_PER_SEC，定义每秒所包含的时间片数。使用时可以通过 clock 函数得到消耗的时间片数，再通过除法获得具体消耗的秒数。

　　

　　其他函数：

　　gmtime

　　函数声明：struct tm* gmtime( const time_t  timer );

　　将time_t 类型的值转换为UTC时间，并存放在一个 tm 类型的结构体中。

　　

　　localtime

　　函数声明：struct tm* localtime( const time_t timer );

　　将time_t类型的值转换为本地时间，并存放在一个 tm 类型的结构体中。

　　

　　actime

　　函数声明：char * actime( const tm *timer);

　　将 tm 结构体的数据转换为一个格式固定的字符串。

　　

　　结构体 tm ( 摘自头文件time.h )

struct tm
{
    int    tm_sec;     /* Seconds: 0-59 (K&R says 0-61?) */
    int    tm_min;     /* Minutes: 0-59 */
    int    tm_hour;    /* Hours since midnight: 0-23 */
    int    tm_mday;    /* Day of the month: 1-31 */
    int    tm_mon;     /* Months *since* january: 0-11 */
    int    tm_year;    /* Years since 1900 */
    int    tm_wday;    /* Days since Sunday (0-6) */
    int    tm_yday;    /* Days since Jan. 1: 0-365 */
    int    tm_isdst;   /* +1 Daylight Savings Time, 0 No DST,
                 　　　 /* -1 don't know */
};

　　可以看到，tm结构体记录了年 月 日 时 分 秒 等信息，可通过 asctime 函数转换为方便显示的字符串形式。

　　示例：　

display time

#include<time.h>
#include<stdio.h>

int main(void)
{
    char *local_time = NULL ;
    char *UTC_time = NULL ;
    struct tm *t_in_tm = NULL ;


    time_t t = time( NULL );
    t_in_tm = localtime( &t );          //将time_t类型的数值参数转换为tm结构体中保存（本地时间）
    local_time = asctime( t_in_tm );    //将tm类型结构体中的数值转换为字符串形式
    printf("local time is %s\n",local_time);

    t_in_tm = gmtime( &t );             //将time_t类型的数值参数转换为tm结构体中保存（UTC时间）
    UTC_time = asctime( t_in_tm );      //将tm类型结构体中的数值转换为字符串形式

    printf("UTC time is %s\n",UTC_time);

    return 0;
}

　　可以看到本地时间与UTC时间相差八个小时

　　

　　注意：可以从示例代码中看到，在程序运行过程中，并没有声明一个具体的 tm 类型的结构体和存放字符串的数组用于存放数据，而只是声明了用于指向这些结构的指针用于存放返回值。这是由于上述函数的操作是针对一个公用的静态缓冲区来进行的，返回的参数为指向该缓冲区内具体结构的指针，故而不需要使用者另行声明。

　　在头文件time.h中有如下警告：

　　

　　也就是说上述静态缓冲区是由函数共享的，可能被其他函数覆盖数据，使用需要小心。

　　实际上，笔者在书写示例代码时，首先书写的是如下程序(只保留核心部分，读者可以比较一下与上面示例的微小不同)，结果输出的两个时间总是相同的，而不是相隔8个小时。

    time_t t = time( NULL );
    t_in_tm = localtime( &t );          //将time_t类型的数值参数转换为tm结构体中保存（本地时间）
    local_time = asctime( t_in_tm );    //将tm类型结构体中的数值转换为字符串形式

5     t_in_tm = gmtime( &t );             //将time_t类型的数值参数转换为tm结构体中保存（UTC时间）
6     UTC_time = asctime( t_in_tm );      //将tm类型结构体中的数值转换为字符串形式
7 
8     printf("local time is %s\nUTC time is %s\n",local_time,UTC_time);

　　原因解释：在第一次函数调用返回( 2,3行)，函数返回的是指向静态缓冲区中 tm 结构和字符串所在内存的地址。在第二次返回对应结构的内存地址指针时( 5,6行)，由于公用静态缓冲区，后续 gmtime 和 asctime 函数使用的内存空间与 localtime 和 asctime使用的内存空间相同。即第二次操作是在同样的缓冲区中操作。结果就是，local_time和UTC_time指向的是同一片内存区域，且该区域最后一次是由第6行操作改变的，从而使的两个字符串输出的都是UTC时间形式。这也从侧面反应出共用静态缓冲区可能带来的弊端。

 

　　更高精度的时间获取，可以参考博客 Windows获取当前系统时间。