在我們開發的過程中，時不時地需要產生一些隨機數。這裡我們總結一下Swift中常用的一些隨機數生成函式。這裡我們將在Playground中來做些示例演示。
整型隨機數
如果我們想要一個整型的隨機數，則可以考慮用arc4random系列函式。我們可以通過man arc4random命令來看一下這個函式的定義：
The arc4random() function uses the key stream generator employed by the arc4 cipher, which uses 8*8 8 bit S-Boxes. The S-Boxes can be inabout (21700) states. The arc4random() function returns pseudo-random numbers in the range of 0 to (232)-1, and therefore has twice the range of rand(3) and random(3).
arc4random使用了arc4密碼加密的key stream生成器(請腦補)，產生一個[0, 2^32)區間的隨機數(注意是左閉右開區間)。這個函式的返回型別是UInt32。如下所示：
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arc4random() // 2,919,646,954 |
如果我們想生成一個指定範圍內的整型隨機數，則可以使用arc4random() % upper_bound的方式，其中upper_bound指定的是上邊界，如下處理：
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arc4random() % 10 // 8 |
不過使用這種方法，在upper_bound不是2的冪次方時，會產生一個所謂Modulo bias(模偏差)的問題。
我們在控制檯中通過man arc4random命令，可以檢視arc4random的文件，有這麼一條：
arc4random_uniform() will return a uniformly distributed random number less than upper_bound. arc4random_uniform() is recommended over constructions like ‘’arc4random() % upper_bound’‘ as it avoids “modulo bias” when the upper bound is not a power of two.
因此可以使用arc4random_uniform，它接受一個UInt32型別的引數，指定隨機數區間的上邊界upper_bound，該函式生成的隨機數範圍是[0, upper_bound)，如下所示：
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1 |
arc4random_uniform(10) // 6 |
而如果想指定區間的最小值（如隨機數區間在[5, 100)），則可以如下處理：
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let max: UInt32 = 100 let min: UInt32 = 5 arc4random_uniform(max - min) + min // 82 |
當然，在Swift中也可以使用傳統的C函式rand與random。不過這兩個函式有如下幾個缺點：
- 這兩個函式都需要初始種子，通常是以當前時間來確定。
- 這兩個函式的上限在RAND_MAX=0X7fffffff(2147483647)，是arc4random的一半。
- rand函式以有規律的低位迴圈方式實現，更容易預測
我們以rand為例，看看其使用：
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srand(UInt32(time(nil))) // 種子,random對應的是srandom rand() // 1,314,695,483 rand() % 10 // 8 |
64位整型隨機數
在大部分應用中，上面講到的幾個函式已經足夠滿足我們獲取整型隨機數的需求了。不過我們看看它們的函式宣告，可以發現這些函式主要是針對32位整型來操作的。如果我們需要生成一個64位的整型隨機數呢？畢竟現在的新機器都是支援64位的了。
目前貌似沒有現成的函式來生成64位的隨機數，不過jstn在stackoverflow上為我們分享了他的方法。我們一起來看看。
他首先定義了一個泛型函式，如下所示：
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func arc4random <T: IntegerLiteralConvertible> (type: T.Type) -> T { var r: T = 0 arc4random_buf(&r, UInt(sizeof(T))) return r } |
這個函式中使用了arc4random_buf來生成隨機數。讓我們通過man arc4random_buf來看看這個函式的定義：
arc4random_buf() function fills the region buf of length nbytes with ARC4-derived random data.
這個函式使用ARC4加密的隨機數來填充該函式第二個引數指定的長度的快取區域。因此，如果我們傳入的是sizeof(UInt64)，該函式便會生成一個隨機數來填充8個位元組的區域，並返回給r。那麼64位的隨機數生成方法便可以如下實現：
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extension UInt64 { static func random(lower: UInt64 = min, upper: UInt64 = max) -> UInt64 { var m: UInt64 let u = upper - lower var r = arc4random(UInt64) if u > UInt64(Int64.max) { m = 1 + ~u } else { m = ((max - (u * 2)) + 1) % u } while r < m { r = arc4random(UInt64) } return (r % u) + lower } } |
我們來試用一下：
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UInt64.random() // 4758246381445086013 |
當然jstn還提供了Int64，UInt32，Int32的實現，大家可以腦補一下。
浮點型隨機數
如果需要一個浮點值的隨機數，則可以使用drand48函式，這個函式產生一個[0.0, 1.0]區間中的浮點數。這個函式的返回值是Double型別。其使用如下所示：
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srand48(Int(time(nil))) drand48() // 0.396464773760275 |
記住這個函式是需要先呼叫srand48生成一個種子的初始值。
一個小示例
最近寫了一個隨機鍵盤，需要對0-9這幾個數字做個隨機排序，正好用上了上面的arc4random函式，如下所示：
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let arr = ["0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9"] let numbers = arr.sort { (_, _) -> Bool in arc4random() < arc4random() } |
在閉包中，隨機生成兩個數，比較它們之間的大小，來確定陣列的排序規則。還是挺簡單的。
小結
其實如果翻看一下Swift中關於C函式的API，發現還有許多跟隨機數相關的函式，如arc4random_addrandom，erand48等。上面的只是我們經常用到的一些函式，這幾個函式基本上夠用了。當然，不同場景有不同的需求，我們需要根據實際的需求來選擇合適的函式。
以上的程式碼已上傳到github，地址是Random.playground有需要的可以參考一下。
參考