go math/rand包详解

go math/rand

package rand

import "math/rand"

rand包实现了伪随机数生成器。

math_rand go官方标准文档

随机数从资源生成。包水平的函数都使用的默认的公共资源。该资源会在程序每次运行时都产生确定的序列。如果需要每次运行产生不同的序列，应使用Seed函数进行初始化。默认资源可以安全的用于多go线程并发。

在go中生成随机数需要一个结构体实例 Rand ，要构建这个结构体需要一些参数；为了便捷，go已经在math/rand包中定义好了一个Rand结构体实例，只需要调用Rand的一些方法就可以生成各种随机数来。下面简单认识一下Rand结构体：

type Rand struct {
	src Source
	s64 Source64 // 如果src为空，则为64

	// readVal包含用于字节的63位整数的remainer，在最近的读取调用期间生成。
	//  它被保存，以便下一个读调用可以从上一个读调用结束的地方开始。
	readVal int64

	//  readPos表示仍然有效的readVal的低位字节数。
	readPos int8
}

简单示例：

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
)

func main() {
	// 调用rand的方法生成伪随机int值
	fmt.Println(rand.Int())
	fmt.Println(rand.Int31())
	fmt.Println(rand.Intn(5))
}

运行结果:

5577006791947779410
2019727887
2

当代码运行多次发现时，结果都是一样的。不管怎么运行代码，产生的结果都是这三个数，不会变。为什么？这是因为我们还没有设置随机数种子。

rand.Seed 设置随机数种子

func (r *Rand) Seed(seed int64) 使用给定的seed来初始化生成器到一个确定的状态。

修改后的代码：

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)

func main()  {
	rand.Seed(time.Now().UnixNano()) // 取纳秒时间戳，可以保证每次的随机数种子都不同
	fmt.Println(rand.Int())
	fmt.Println(rand.Int31())
	fmt.Println(rand.Intn(5))
}

代码多次运行，就会发现每次结果是不一样的

7684945739848266880
1210528256
4
-------------------
4700552700982711365
1927716820
4

自定义生成Rand结构体，设置随机数种子

除了上面生成伪随机数的方法，我们还可以自定义生成Rand结构体，本质上与Rand提供好的结构体没有太大区别，下面简单介绍下自己声明Rand结构体，来生成伪随机数：

func NewSource(seed int64) Source

使用给定的种子创建一个伪随机资源。

func New(src Source) *Rand

返回一个使用src生产的随机数来生成其他各种分布的随机数值的*Rand。

代码示例：

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)

func main() {
	source := rand.NewSource(time.Now().UnixNano()) // 使用当前的纳秒生成一个随机源，也就是随机种子
	ran := rand.New(source) // 生成一个rand
	fmt.Println(rand.Int())
	fmt.Println(rand.Int31())
	fmt.Println(rand.Intn(5))
}

这两种方法本质上没有区别，NewSource()方法等价于前面的rand.Seed()方法,都是用来设置随机种子。

其它生成随机数的方法

Rand生成随机数当然不只这三个方法，还有其它生成随机数的方法

func (r *Rand) Int63() int64

返回一个int64类型的非负的63位伪随机数。

func (r *Rand) Uint32() uint32

返回一个uint32类型的非负的32位伪随机数。

func Int31n(n int32) int32

返回一个取值范围在[0,n)的伪随机int32值，如果n<=0会panic。

func Int63n(n int64) int64

返回一个取值范围在[0, n)的伪随机int64值，如果n<=0会panic。

func (r *Rand) Float32() float32

返回一个取值范围在[0.0, 1.0)的伪随机float32值。

func (r *Rand) Float64() float64

返回一个取值范围在[0.0, 1.0)的伪随机float64值。

func (r *Rand) Perm(n int) []int

返回一个有n个元素的，[0,n)范围内整数的伪随机排列的切片。

1.按类型随机类：

func (r *Rand) Int() int
func (r *Rand) Int31() int32
func (r *Rand) Int63() int64
func (r *Rand) Uint32() uint32
func (r *Rand) Float32() float32  // 返回一个取值范围在[0.0, 1.0)的伪随机float32值
func (r *Rand) Float64() float64  // 返回一个取值范围在[0.0, 1.0)的伪随机float64值

2.指定随机范围类：

func (r *Rand) Intn(n int) int
func (r *Rand) Int31n(n int32) int32
func (r *Rand) Int63n(n int64) int64

拓展：对于需要随机指定位数的，当位数不够是，可以通过前边补0达到长度一致，如：

package main
import (
    "fmt"
    "math/rand"
)

func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        fmt.Printf("%.4d ", rand.Int31()%10000)
    }
}

运行结果：

8081 7887 1847 4059 2081 1318 4425 2540 0456 3300

go crypto/rand

package rand

import "crypto/rand"

rand包实现了用于加解密的更安全的随机数生成器,主要应用场景：生成随机加密串

crypto_rand go官方标准文档

主要方法

（1）func Int(rand io.Reader, max *big.Int) (n *big.Int, err error)

返回一个在[0, max)区间服从均匀分布的随机值，如果max<=0则会panic

（2）func Prime(rand io.Reader, bits int) (p *big.Int, err error)

返回一个具有指定字位数（二进制的位数）的数字，该数字具有很高可能性是质数。如果从rand读取时出错，或者bits<2会返回错误

（3）func Read(b []byte) (n int, err error)

本函数是一个使用io.ReadFull调用Reader.Read的辅助性函数。当且仅当err == nil时，返回值n == len(b)

代码示例：

package main

import (
    "crypto/rand"
    "encoding/base64"
    "fmt"
    "math/big"
)

func main() {
    //1、Int
    n, err := rand.Int(rand.Reader, big.NewInt(128))
    if err == nil {
        fmt.Println("rand.Int：", n, n.BitLen())
    }
    //2、Prime
    p, err := rand.Prime(rand.Reader, 5)
    if err == nil {
        fmt.Println("rand.Prime：", p)
    }
    //3、Read
    b := make([]byte, 32)
    m, err := rand.Read(b)
    if err == nil {
        fmt.Println("rand.Read：", b[:m])
        fmt.Println("rand.Read：", base64.URLEncoding.EncodeToString(b))
    }
}

运行结果：

    rand.Int： 92 7
    rand.Prime： 29
    rand.Read： [207 47 241 208 190 84 109 134 86 106 87 223 111 113 203 155 44 118 71 20 186 62 66 130 244 98 97 184 8 179 6 230]
    rand.Read： zy_x0L5UbYZWalffb3HLmyx2RxS6PkKC9GJhuAizBuY=

常用的是 func Read(b []byte) (n int, err error) 这个方法， 将随机的byte值填充到b 数组中，以供b使用。示例如下：

import (
    "crypto/rand"
    "fmt"
)

func main() {
    b := make([]byte, 20)
    fmt.Println(b)

    _, err := rand.Read(b)
    if err != nil {
        fmt.Println(err.Error())
    }

    fmt.Println(b)
}

运行结果：

[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]
[68 221 145 73 115 224 13 110 218 130 19 139 38 170 145 58 251 188 126 197]