如何在 PHP 中生成指定数量的范围随机数

在 PHP 开发中，经常会遇到需要从特定数值范围内生成多个随机数的需求，例如模拟掷骰子、生成验证码或进行抽样等。一个常见的误区是尝试使用 array_rand() 函数来解决这类问题。然而，array_rand() 的设计初衷是从现有数组中随机选取一个或多个不重复的键，这与直接生成指定数量的范围随机数（允许重复）的需求有所不同，且其生成的随机数并非加密安全的。

理解 array_rand() 的局限性

考虑一个模拟掷骰子的场景，我们需要生成 x 次 1 到 6 之间的随机数。如果使用 array_rand()，我们可能会创建一个包含 [1, 2, 3, 4, 5, 6] 的数组，然后尝试用 array_rand($diceNumbers, $num) 来获取 $num 个随机数。

<?php
$num = 3; // 假设需要生成3个随机数
$diceNumbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6];
$keys = array_rand($diceNumbers, $num);

// array_rand 返回的是键，需要通过键来获取值
// 此外，如果 $num 大于 $diceNumbers 的元素数量，array_rand 会报错
// 并且它保证返回的键是唯一的，这与掷骰子可以出现重复数字的场景不符
// 例如，掷三次骰子可能出现 6, 6, 1
print $diceNumbers[$keys[0]] . " " . $diceNumbers[$keys[1]] . PHP_EOL; // 这种方式只打印了前两个
?>

上述代码存在几个问题：

1. array_rand() 返回的是数组的键，需要额外的步骤才能获取到对应的值。
2. 它返回的键是唯一的。这意味着如果我们需要生成 3 个随机数，而数组只有 6 个元素，array_rand() 可能会返回 [0, 1, 2] 对应的 [1, 2, 3]。如果需求是允许重复的（如多次掷骰子），array_rand() 就不适用。
3. 如果 $num（要获取的随机数数量）大于 $diceNumbers 的元素数量，array_rand() 会抛出错误。
4. array_rand() 生成的随机数不是加密安全的，不适用于对安全性有要求的场景。

使用 random_int() 生成指定数量的范围随机数

对于生成指定数量的、允许重复的范围随机数，PHP 提供了更直接且安全的方法：random_int() 函数结合循环结构。

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random_int(min, max) 函数用于生成一个加密安全的随机整数，其值介于 min（包括）和 max（包括）之间。通过在一个循环中多次调用此函数，我们可以轻松生成所需数量的随机数。

<?php
// 假设用户通过命令行参数指定生成随机数的次数
// $argv[1] 存储了用户输入的第一个参数
// 这里为了示例方便，直接赋值
$num = isset($argv[1]) ? (int)$argv[1] : 3; // 默认生成3个随机数

echo "生成 " . $num . " 个 1-6 之间的随机数：" . PHP_EOL;

// 使用 for 循环，根据 $num 的值重复生成随机数
for ($i = 0; $i < $num; $i++) {
    // random_int(1, 6) 会生成一个介于 1 和 6 之间（含 1 和 6）的加密安全随机整数
    echo random_int(1, 6) . PHP_EOL;
}

// 如果需要将所有随机数存储在一个数组中，可以这样做：
$results = [];
for ($i = 0; $i < $num; $i++) {
    $results[] = random_int(1, 6);
}
echo "存储在数组中的结果：" . implode(" ", $results) . PHP_EOL;

?>

示例运行：

假设将上述代码保存为 dice_generator.php。

1. 命令行输入： php dice_generator.php 4可能输出：

   生成 4 个 1-6 之间的随机数：
   5
   3
   6
   2
   存储在数组中的结果：5 3 6 2

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2. 命令行输入： php dice_generator.php 3可能输出：

   生成 3 个 1-6 之间的随机数：
   1
   4
   4
   存储在数组中的结果：1 4 4

   登录后复制

注意事项与最佳实践

1. 安全性： random_int() 是 PHP 7 引入的，它使用操作系统提供的加密安全随机数生成器（如 /dev/urandom 或 CryptGenRandom），因此适用于需要较高安全性的场景。
2. 范围： random_int(min, max) 包含 min 和 max 两个边界值。
3. 替代方案：
   • rand(min, max) 或 mt_rand(min, max)：这些函数也可以生成范围随机数，但它们不是加密安全的，适用于对安全性要求不高的普通随机数生成。mt_rand() 通常比 rand() 速度更快，随机性更好。
   • 对于需要从现有数组中选取不重复的随机元素，array_rand() 仍然是合适的选择，但需要注意其返回的是键，且数量不能超过数组元素总数。
4. 错误处理： 当从命令行获取参数时，务必进行类型转换和验证，例如 (int)$argv[1]，并考虑参数缺失或无效的情况。

总结

当需要在 PHP 中生成指定数量的、允许重复的范围随机数时，最佳实践是使用 random_int() 函数结合 for 循环。这种方法不仅代码简洁、逻辑清晰，而且生成的随机数具有加密安全性，能够满足大多数应用场景的需求。避免在不适合的场景下滥用 array_rand()，理解不同随机数生成函数的特性和适用范围，是编写健壮、高效 PHP 代码的关键。

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