如何在 Swift 中生成随机数？

Question

我意识到 Swift 书提供了随机数生成器的实现。将此实现复制并粘贴到自己的程序中的最佳做法是什么？或者有没有我们现在可以使用的库？

Answer 1

我已经能够使用rand() 来获得随机CInt。您可以使用以下方法将其设为 Int：

let myVar: Int = Int(rand())

您可以使用自己喜欢的 C 随机函数，并在需要时将值转换为 Int。

Answer 2

你可以像在 C 中那样做：

let randomNumber = arc4random()

randomNumber 被推断为 UInt32 类型（一个 32 位无符号整数）

Answer 3

Swift 4.2+

Xcode 10 附带的 Swift 4.2 为许多数据类型引入了新的易于使用的随机函数。 您可以在数值类型上调用random() 方法。

let randomInt = Int.random(in: 0..<6)
let randomDouble = Double.random(in: 2.71828...3.14159)
let randomBool = Bool.random()

Answer 4

使用 arc4random_uniform(n) 表示 0 到 n-1 之间的随机整数。

let diceRoll = Int(arc4random_uniform(6) + 1)

将结果转换为 Int，这样您就不必将变量显式键入为 UInt32（这似乎不是 Swifty）。

Answer 5

为 Swift 4.2 编辑

从 Swift 4.2 开始，您现在可以使用 Swift 自己的原生函数，而不是使用导入的 C 函数 arc4random_uniform()。

// Generates integers starting with 0 up to, and including, 10
Int.random(in: 0 ... 10)

您也可以使用random(in:) 来获取其他原始值的随机值；例如 Int、Double、Float 甚至 Bool。

Swift 版本

此方法将在给定的最小值和最大值之间生成一个随机的Int 值

func randomInt(min: Int, max: Int) -> Int {
    return min + Int(arc4random_uniform(UInt32(max - min + 1)))
}

Answer 6

编辑： Updated for Swift 3.0

arc4random 在 Swift 中运行良好，但基本函数仅限于 32 位整数类型（Int 在 iPhone 5S 和现代 Mac 上是 64 位）。这是一个可以用整数字面量表示的类型的随机数的通用函数：

public func arc4random<T: ExpressibleByIntegerLiteral>(_ type: T.Type) -> T {
    var r: T = 0
    arc4random_buf(&r, MemoryLayout<T>.size)
    return r
}

我们可以使用这个新的通用函数来扩展UInt64，添加边界参数并减轻模偏差。 （这是直接从arc4random.c 提出来的）

public extension UInt64 {
    public static func random(lower: UInt64 = min, upper: UInt64 = max) -> UInt64 {
        var m: UInt64
        let u = upper - lower
        var r = arc4random(UInt64.self)

        if u > UInt64(Int64.max) {
            m = 1 + ~u
        } else {
            m = ((max - (u * 2)) + 1) % u
        }

        while r < m {
            r = arc4random(UInt64.self)
        }

        return (r % u) + lower
    }
}

这样我们就可以为相同的参数扩展Int64，处理溢出：

public extension Int64 {
    public static func random(lower: Int64 = min, upper: Int64 = max) -> Int64 {
        let (s, overflow) = Int64.subtractWithOverflow(upper, lower)
        let u = overflow ? UInt64.max - UInt64(~s) : UInt64(s)
        let r = UInt64.random(upper: u)

        if r > UInt64(Int64.max)  {
            return Int64(r - (UInt64(~lower) + 1))
        } else {
            return Int64(r) + lower
        }
    }
}

为了完整的家庭......

private let _wordSize = __WORDSIZE

public extension UInt32 {
    public static func random(lower: UInt32 = min, upper: UInt32 = max) -> UInt32 {
        return arc4random_uniform(upper - lower) + lower
    }
}

public extension Int32 {
    public static func random(lower: Int32 = min, upper: Int32 = max) -> Int32 {
        let r = arc4random_uniform(UInt32(Int64(upper) - Int64(lower)))
        return Int32(Int64(r) + Int64(lower))
    }
}

public extension UInt {
    public static func random(lower: UInt = min, upper: UInt = max) -> UInt {
        switch (_wordSize) {
            case 32: return UInt(UInt32.random(UInt32(lower), upper: UInt32(upper)))
            case 64: return UInt(UInt64.random(UInt64(lower), upper: UInt64(upper)))
            default: return lower
        }
    }
}

public extension Int {
    public static func random(lower: Int = min, upper: Int = max) -> Int {
        switch (_wordSize) {
            case 32: return Int(Int32.random(Int32(lower), upper: Int32(upper)))
            case 64: return Int(Int64.random(Int64(lower), upper: Int64(upper)))
            default: return lower
        }
    }
}

毕竟，我们终于可以做这样的事情了：

let diceRoll = UInt64.random(lower: 1, upper: 7)

Answer 7

我使用了这个代码：

var k: Int = random() % 10;

Answer 8

var randomNumber = Int(arc4random_uniform(UInt32(5)))

这里的 5 会确保随机数是从零到四生成的。您可以相应地设置该值。

Answer 9

你可以像这样使用GeneratorOf：

var fibs = ArraySlice([1, 1])
var fibGenerator = GeneratorOf{
    _ -> Int? in
    fibs.append(fibs.reduce(0, combine:+))
    return fibs.removeAtIndex(0)
}

println(fibGenerator.next())
println(fibGenerator.next())
println(fibGenerator.next())
println(fibGenerator.next())
println(fibGenerator.next())
println(fibGenerator.next())

Answer 10

我想在现有答案中补充一点，Swift 书中的随机数生成器示例是一个线性同余生成器 (LCG)，它是一个严重受限的示例，除了必须是微不足道的示例，其中质量随机性根本不重要。 不得将 LCG 用于加密目的。

arc4random() 要好得多，可用于大多数用途，但同样不应用于加密用途。

如果您想要保证加密安全的东西，请使用SecCopyRandomBytes()。请注意，如果您将随机数生成器构建到某个东西中，其他人可能最终会（错误）将其用于加密目的（例如密码、密钥或盐生成），那么您无论如何都应该考虑使用 SecCopyRandomBytes()，即使您的需要并不完全需要。

Answer 11

从 iOS 9 开始，您可以使用新的 GameplayKit 类以多种方式生成随机数。

您有四种源类型可供选择：一般随机源（未命名，由系统选择其功能）、线性同余、ARC4 和 Mersenne Twister。这些可以生成随机整数、浮点数和布尔值。

在最简单的层面上，您可以像这样从系统内置的随机源生成一个随机数：

GKRandomSource.sharedRandom().nextInt()

这会生成一个介于 -2,147,483,648 和 2,147,483,647 之间的数字。如果您想要一个介于 0 和上限（不包括）之间的数字，您可以使用：

GKRandomSource.sharedRandom().nextIntWithUpperBound(6)

GameplayKit 内置了一些方便的构造函数来处理骰子。例如，您可以像这样掷六面骰子：

let d6 = GKRandomDistribution.d6()
d6.nextInt()

此外，您还可以使用 GKShuffledDistribution 之类的东西来塑造随机分布。这需要更多解释，但如果您有兴趣，可以read my tutorial on GameplayKit random numbers。

Answer 12

使用arc4random_uniform()

用法：

arc4random_uniform(someNumber: UInt32) -> UInt32

这会为您提供0 到someNumber - 1 范围内的随机整数。

UInt32 的最大值为 4,294,967,295（即2^32 - 1）。

示例：

• 抛硬币

    let flip = arc4random_uniform(2) // 0 or 1
  

• 掷骰子

    let roll = arc4random_uniform(6) + 1 // 1...6
  

• 10 月的随机一天

    let day = arc4random_uniform(31) + 1 // 1...31
  

• 1990 年代的随机年份

    let year = 1990 + arc4random_uniform(10)
  

一般形式：

let number = min + arc4random_uniform(max - min + 1)

其中number、max 和min 是UInt32。

怎么样...

arc4random()

您还可以使用arc4random() 获得一个随机数，这会产生介于0 和2^32-1 之间的UInt32。因此，要获得0 和x-1 之间的随机数，您可以将其除以x 并取余数。或者换句话说，使用Remainder Operator (%):

let number = arc4random() % 5 // 0...4

但是，这会产生轻微的modulo bias（另请参阅here 和here），因此建议使用arc4random_uniform()。

与Int相互转换

通常，为了在Int 和UInt32 之间来回转换，可以这样做：

let number: Int = 10
let random = Int(arc4random_uniform(UInt32(number)))

但问题在于，Int 在 32 位系统上的范围为 -2,147,483,648...2,147,483,647，而在 64 位系统上的范围为 -9,223,372,036,854,775,808...9,223,372,036,854,775,807。将此与0...4,294,967,295 的UInt32 范围进行比较。 UInt32 的 U 表示 未签名。

考虑以下错误：

UInt32(-1) // negative numbers cause integer overflow error
UInt32(4294967296) // numbers greater than 4,294,967,295 cause integer overflow error

因此，您只需确保输入参数在UInt32 范围内，并且您也不需要超出该范围的输出。

Answer 13

这是一个做得很好的库 https://github.com/thellimist/SwiftRandom

public extension Int {
    /// SwiftRandom extension
    public static func random(lower: Int = 0, _ upper: Int = 100) -> Int {
        return lower + Int(arc4random_uniform(UInt32(upper - lower + 1)))
    }
}

public extension Double {
    /// SwiftRandom extension
    public static func random(lower: Double = 0, _ upper: Double = 100) -> Double {
        return (Double(arc4random()) / 0xFFFFFFFF) * (upper - lower) + lower
    }
}

public extension Float {
    /// SwiftRandom extension
    public static func random(lower: Float = 0, _ upper: Float = 100) -> Float {
        return (Float(arc4random()) / 0xFFFFFFFF) * (upper - lower) + lower
    }
}

public extension CGFloat {
    /// SwiftRandom extension
    public static func random(lower: CGFloat = 0, _ upper: CGFloat = 1) -> CGFloat {
        return CGFloat(Float(arc4random()) / Float(UINT32_MAX)) * (upper - lower) + lower
    }
}

Answer 14

在某些版本的 Xcode 中没有 arc4Random_uniform()（在 7.1 中它可以运行，但不会自动完成）。您可以改为这样做。

生成一个 0-5 的随机数。 首先

import GameplayKit

然后

let diceRoll = GKRandomSource.sharedRandom().nextIntWithUpperBound(6)

Answer 15

10（0-9）之间的随机数示例；

import UIKit

let randomNumber = Int(arc4random_uniform(10))

非常简单的代码 - 简单而简短。

Answer 16

 let MAX : UInt32 = 9
 let MIN : UInt32 = 1

    func randomNumber()
{
    var random_number = Int(arc4random_uniform(MAX) + MIN)
    print ("random = ", random_number);
}

Answer 17

我用这段代码生成一个随机数：

//
//  FactModel.swift
//  Collection
//
//  Created by Ahmadreza Shamimi on 6/11/16.
//  Copyright © 2016 Ahmadreza Shamimi. All rights reserved.
//

import GameKit

struct FactModel {

    let fun  = ["I love swift","My name is Ahmadreza","I love coding" ,"I love PHP","My name is ALireza","I love Coding too"]


    func getRandomNumber() -> String {

        let randomNumber  = GKRandomSource.sharedRandom().nextIntWithUpperBound(fun.count)

        return fun[randomNumber]
    }
}

Answer 18

以下代码将产生一个介于 0 和 255 之间的安全随机数：

extension UInt8 {
  public static var random: UInt8 {
    var number: UInt8 = 0
    _ = SecRandomCopyBytes(kSecRandomDefault, 1, &number)
    return number
  }
}

你这样称呼它：

print(UInt8.random)

对于更大的数字，它变得更复杂。
这是我能想到的最好的：

extension UInt16 {
  public static var random: UInt16 {
    let count = Int(UInt8.random % 2) + 1
    var numbers = [UInt8](repeating: 0, count: 2)
    _ = SecRandomCopyBytes(kSecRandomDefault, count, &numbers)
    return numbers.reversed().reduce(0) { $0 << 8 + UInt16($1) }
  }
}

extension UInt32 {
  public static var random: UInt32 {
    let count = Int(UInt8.random % 4) + 1
    var numbers = [UInt8](repeating: 0, count: 4)
    _ = SecRandomCopyBytes(kSecRandomDefault, count, &numbers)
    return numbers.reversed().reduce(0) { $0 << 8 + UInt32($1) }
  }
}

这些方法使用一个额外的随机数来确定将使用多少个UInt8s 来创建随机数。最后一行将[UInt8] 转换为UInt16 或UInt32。

我不知道最后两个是否仍然算作真正的随机，但您可以根据自己的喜好进行调整:)

Answer 19

@jstn's answer 很好，但有点冗长。 Swift 被称为面向协议的语言，因此我们可以通过为协议扩展添加默认实现来实现相同的结果，而无需为整数系列中的每个类实现样板代码。

public extension ExpressibleByIntegerLiteral {
    public static func arc4random() -> Self {
        var r: Self = 0
        arc4random_buf(&r, MemoryLayout<Self>.size)
        return r
    }
}

现在我们可以这样做了：

let i = Int.arc4random()
let j = UInt32.arc4random()

所有其他整数类都可以。

Answer 20

详情

xCode 9.1，斯威夫特 4

面向数学的解决方案 (1)

import Foundation

class Random {

    subscript<T>(_ min: T, _ max: T) -> T where T : BinaryInteger {
        get {
            return rand(min-1, max+1)
        }
    }
}

let rand = Random()

func rand<T>(_ min: T, _ max: T) -> T where T : BinaryInteger {
    let _min = min + 1
    let difference = max - _min
    return T(arc4random_uniform(UInt32(difference))) + _min
}

解决方案的使用（一）

let x = rand(-5, 5)       // x = [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
let x = rand[0, 10]       // x = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

面向程序员的解决方案（二）

不要忘记在此处添加面向数学的解决方案 (1) 代码

import Foundation

extension CountableRange where Bound : BinaryInteger {

    var random: Bound {
        return rand(lowerBound-1, upperBound)
    }
}

extension CountableClosedRange where Bound : BinaryInteger {

    var random: Bound {
        return rand[lowerBound, upperBound]
    }
}

解决方案的使用（二）

let x = (-8..<2).random           // x = [-8, -7, -6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1]
let x = (0..<10).random           // x = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
let x = (-10 ... -2).random       // x = [-10, -9, -8, -7, -6, -5, -4, -3, -2]

完整样本

不要忘记在此处添加解决方案（1）和解决方案（2）代码

private func generateRandNums(closure:()->(Int)) {

    var allNums = Set<Int>()
    for _ in 0..<100 {
        allNums.insert(closure())
    }
    print(allNums.sorted{ $0 < $1 })
}

generateRandNums {
    (-8..<2).random
}

generateRandNums {
    (0..<10).random
}

generateRandNums {
    (-10 ... -2).random
}

generateRandNums {
    rand(-5, 5)
}
generateRandNums {
    rand[0, 10]
}

样本结果

Answer 21

在 Swift 4.2 中，您可以通过调用 random() 方法对任何您想要的数字类型生成随机数，并提供您想要使用的范围。例如，这会生成一个 1 到 9 范围内的随机数，包括两边

let randInt = Int.random(in: 1..<10)

还有其他类型

let randFloat = Float.random(in: 1..<20)
let randDouble = Double.random(in: 1...30)
let randCGFloat = CGFloat.random(in: 1...40)

Answer 22

自Swift 4.2

有一组新的 API：

let randomIntFrom0To10 = Int.random(in: 0 ..< 10)
let randomDouble = Double.random(in: 1 ... 10)

• 所有 numeric 类型现在都具有采用 range 的 random(in:) 方法。

• 它返回一个均匀分布在该范围内的数字。

---

TL;DR

那么，“好”的旧方法有什么问题？

1. 您必须使用导入的C API（它们在平台之间有所不同）。

2. 而且……

如果我告诉你随机不是那么随机呢？

如果您像arc4random() % aNumber 一样使用arc4random() （计算余数），则结果不会均匀分布在0 和aNumber 之间。有一个称为模数偏差的问题。

模偏差

通常，该函数会在0 和MAX （取决于类型等）之间生成一个随机数。举一个简单的例子，假设最大数是7，并且您关心0 ..< 2范围内的随机数（如果您愿意，也可以是区间 [0, 3)）.

个别数字的概率是：

• 0：3/8 = 37.5%
• 1: 3/8 = 37.5%
• 2: 2/8 = 25%

换句话说，与 2 相比，您更有可能以 0 或 1 结束。 当然，请记住，这是非常简化的，并且 MAX 数字要高得多，使其更加“公平”。

Swift 4.2

中的SE-0202 - Random unification 解决了这个问题

Answer 23

斯威夫特 4.2

Swift 4.2 在标准库中包含了一个原生且功能相当全面的随机数 API。 (Swift Evolution proposal SE-0202)

let intBetween0to9 = Int.random(in: 0...9) 
let doubleBetween0to1 = Double.random(in: 0...1)

所有数字类型都有静态random(in:)，它接受范围并返回给定范围内的随机数

Answer 24

更新：2021 年 10 月 1 日。

斯威夫特 5.5

假设我们有一个数组：

let numbers: [Int] = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

对于 iOS 和 macOS，您可以在 Xcode 的框架 GameKit 中使用系统范围的随机源。在这里你可以找到GKRandomSource 类及其sharedRandom() 类方法：

import GameKit

private func randomNumberGenerator() -> Int {
    let random = GKRandomSource.sharedRandom().nextInt(upperBound: numbers.count)
    return numbers[random]
}

randomNumberGenerator()

您还可以使用返回集合的随机元素的randomElement() 方法：

let randomNumber = numbers.randomElement()!
print(randomNumber)

或使用arc4random_uniform()。注意这个方法返回的是UInt32。

let generator = Int(arc4random_uniform(10))
print(generator)

当然，我们可以使用makeIterator() 方法，该方法返回集合元素的迭代器。

let iterator: Int = (1...10).makeIterator().shuffled().first!
print(iterator)

您在此处看到的最后一个示例在static func random(in range: ClosedRange<Int>) -> Int 的帮助下返回指定范围内的随机值。

let randomizer = Int.random(in: 1...10)
print(randomizer)

Answer 25

斯威夫特 4.2

再见，导入 Foundation C 库arc4random_uniform()

// 1  
let digit = Int.random(in: 0..<10)

// 2
if let anotherDigit = (0..<10).randomElement() {
  print(anotherDigit)
} else {
  print("Empty range.")
}

// 3
let double = Double.random(in: 0..<1)
let float = Float.random(in: 0..<1)
let cgFloat = CGFloat.random(in: 0..<1)
let bool = Bool.random()

1. 您使用 random(in:) 从范围中生成随机数字。
2. randomElement() 如果范围为空则返回 nil，所以你解开返回的 Int?如果让。
3. 您使用 random(in:) 生成随机 Double、Float 或 CGFloat 并使用 random() 返回随机 Bool。

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