phprand为什么有负数

解密PHP rand()：为何随机数会出现负数？

在PHP编程中，rand() 函数是我们获取随机数时常用的工具，不少开发者在使用过程中可能会遇到一个令人困惑的情况：为什么有时候 rand() 函数返回的会是负数呢？这与我们对“随机数”通常为正数的直觉似乎相悖，本文将探讨 PHP rand() 函数的工作原理，揭示其产生负数的原因,并提供相应的解决方案。

PHP rand() 函数基础

我们简单回顾一下 rand() 函数的基本用法。rand() 函数有两种主要形式：

无参数形式：rand()
- 如果没有提供可选的 min 和 max 参数，rand() 会返回默认范围内的随机整数。
- 在 PHP 7.1.0 之前，默认范围是 0 到 RAND_MAX（RAND_MAX 是一个常量，通常至少是 32767）。
- 从 PHP 7.1.0 开始，rand() 默认使用 random_int() 作为底层实现，其默认范围变为 0 到 getrandmax()（getrandmax() 返回的值通常与 RAND_MAX 相同或更小，且保证是安全的随机数）。这意味着，在 PHP 7.1.0 及更高版本中，调用不带参数的 rand() 将不再返回负数。
带参数形式：rand(int $min, int $max)
- 这种形式允许我们指定随机数生成的最小值（$min）和最大值（$max）。
- 函数会返回一个介于 $min 和 $max 之间（包括 $min 和 $max）的随机整数。

为什么 rand() 会返回负数？—— 关键在于参数

了解了 rand() 的基本用法后,我们就能找到其返回负数的主要原因：

当你为 rand() 函数提供了一个负数的最小值（$min）时，它完全有可能返回负数。

让我们来看几个例子：

<?php
// 示例1：$min 为负数，$max 为正数
$randomNum1 = rand(-10, 10);
echo "随机数1（-10到10）: " . $randomNum1 . "\n"; // 可能输出 -5, 0, 7, -10 等
// 示例2：$min 和 $max 都为负数
$randomNum2 = rand(-100, -10);
echo "随机数2（-100到-10）: " . $randomNum2 . "\n"; // 可能输出 -55, -99, -10 等
// 示例3：PHP 7.1.0 之前，无参数调用（可能返回负数，取决于RAND_MAX和具体实现，但理论上早期版本可能包含负数范围？注：实际上早期版本默认范围是0到RAND_MAX，负数仅出现在指定$min为负时）
// 但更准确地说，早期版本rand()如果不指定参数，也是0到RAND_MAX，不会负数。
// 负数只在你主动设置$min为负数时出现。
?>

从上面的示例可以看出，只要 $min 参数是一个负数，rand() 函数生成的随机数自然就可能落在负数区间内，这是 rand() 函数设计上的正常行为，它允许开发者生成任意指定范围内的整数,包括负数范围。

特殊情况：PHP 7.1.0 之前的无参数 rand()

虽然 PHP 7.1.0 之后无参数的 rand() 默认不再返回负数，但在更早的版本中,情况是否不同呢？

即使在 PHP 7.1.0 之前，调用不带参数的 rand() 函数，其返回值的范围也是 0 到 RAND_MAX。默认情况下，它不会返回负数。 负数只会在你显式地设置 $min 为负数时出现。

早期版本的 rand() 底层可能使用不同的随机数生成器（如 libc 的 rand()），其 RAND_MAX 的值可能因系统而异，但这并不影响其默认下限为 0 的特性。

如何避免生成负数？

如果你不希望 rand() 函数返回负数,有几种简单的方法可以确保：

不指定 $min 参数，或指定 $min 为 0 或正数：这是最直接的方法，如果你只需要非负随机数，要么不传参数（PHP 7.1.0+），要么确保 $min >= 0。
```
// 生成 0 到 100 的随机数（不会为负）
$randomNum = rand(0, 100);
```
使用 abs() 函数对结果取绝对值：如果你无法控制 rand() 的参数（参数来自用户输入或其他函数），并且你确定需要一个非负数，可以使用 abs() 函数。
```
// 假设 $min 可能是负数
$randomNum = rand(-50, 50);
$nonNegativeRandomNum = abs($randomNum); // 确保结果为非负数
```
使用 mt_rand() 函数： mt_rand() 是 rand() 的一个替代品，它使用了 Mersenne Twister 算法，通常被认为具有更好的随机性和性能。mt_rand() 的行为与 rand() 类似：
- 无参数时，返回 0 到 mt_getrandmax() 之间的随机数（PHP 7.1.0+ 同样基于 random_int()）。
- 带参数时，返回 $min 到 $max 之间的随机数。同样，只有当 $min 为负数时，mt_rand() 才可能返回负数。
```
// 生成 1 到 10 的随机数（不会为负）
$randomNum = mt_rand(1, 10);
```

更安全的随机数：random_int()

从 PHP 7.0.0 开始，PHP 引入了 random_int() 函数，这个函数被认为是生成加密安全随机数的更好选择，因为它依赖于操作系统的随机数生成器（如 /dev/urandom 在 Unix 系统上，或 CryptGenRandom 在 Windows 系统上）。

random_int() 的行为与 rand() 和 mt_rand() 类似：

它接受 $min 和 $max 参数。
$min 为负数,它可能返回负数。
在 PHP 7.1.0 及更高版本中，不带参数的 rand() 实际上就是调用了 random_int(0, getrandmax())。

如果你需要高质量的随机数，特别是在安全敏感的场景（如生成验证码、会话 ID、加密密钥等），推荐优先使用 random_int()。

// 生成一个安全的、可能为负的随机数（-100 到 100）
$secureRandomNum = random_int(-100, 100);
// 生成一个安全的、非负的随机数（0 到 100）
$secureNonNegativeRandomNum = random_int(0, 100);

PHP rand() 函数返回负数，并非函数本身的“错误”或“异常”，而是其设计使然，开发者可以通过指定负数的 $min 参数来生成负数范围内的随机数，在 PHP 7.1.0 及更高版本中，不带参数调用 rand() 将默认返回非负整数。

为了避免生成负数,你可以：