16-掷骰子

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12.3　掷骰子

我们将要模拟一个非常流行的游戏——掷骰子。骰子的形式多种多样，最普遍的是使用两个6面骰子。在一些冒险游戏中，会使用5种骰子：4面、6面、8面、12面和20面。聪明的古希腊人证明了只有5种正多面体，它们的所有面都具有相同的形状和大小。各种不同类型的骰子就是根据这些正多面体发展而来。也可以做成其他面数的，但是其所有的面不会都相等，因此各个面朝上的几率就不同。

计算机计算不用考虑几何的限制，所以可以设计任意面数的电子骰子。我们先从6面开始。

我们想获得1～6的随机数。然而， rand() 生成的随机数在 0 ～ RAND_MAX 之间。 RAND_MAX 被定义在 stdlib.h 中，其值通常是 INT_MAX 。因此，需要进行一些调整，方法如下。

1．把随机数求模6，获得的整数在0～5之间。

2．结果加1，新值在1～6之间。

3．为方便以后扩展，把第1步中的数字6替换成骰子面数。

下面的代码实现了这3个步骤：

#include <stdlib.h> /* 提供rand()的原型 */
int rollem(int sides)
{
     int roll;
     roll = rand() % sides + 1;
     return roll;
}

我们还想用一个函数提示用户选择任意面数的骰子，并返回点数总和。如程序清单12.11所示。

程序清单12.11　 diceroll.c 程序

/* diceroll.c -- 掷骰子模拟程序 */
                                /* 与 manydice.c 一起编译 */
#include "diceroll.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>             /* 提供库函数 rand()的原型 */
int roll_count = 0;             /* 外部链接 */
static int rollem(int sides)    /* 该函数属于该文件私有 */
{
     int roll;
     roll = rand() % sides + 1;
     ++roll_count;                /* 计算函数调用次数 */
     return roll;
}
int roll_n_dice(int dice, int sides)
{
     int d;
     int total = 0;
     if (sides < 2)
     {
          printf("Need at least 2 sides.\n");
          return -2;
     }
     if (dice < 1)
     {
          printf("Need at least 1 die.\n");
          return -1;
     }
     for (d = 0; d < dice; d++)
          total += rollem(sides);
     return total;
}

该文件加入了新元素。第一， rollem() 函数属于该文件私有，它是 roll_n_dice() 的辅助函数。第二，为了演示外部链接的特性，该文件声明了一个外部变量 roll_count 。该变量统计调用 rollem() 函数的次数。这样设计有点蹩脚，仅为了演示外部变量的特性。第三，该文件包含以下预处理指令：

#include "diceroll.h"

如果使用标准库函数，如 rand() ，要在当前文件中包含标准头文件（对 rand() 而言要包含 stdlib.h ），而不是声明该函数。因为头文件中已经包含了正确的函数原型。我们效仿这一做法，把 roll_n_dice() 函数的原型放在 diceroll.h 头文件中。把文件名放在双引号中而不是尖括号中，指示编译器在本地查找文件，而不是到编译器存放标准头文件的位置去查找文件。“本地查找”的含义取决于具体的实现。一些常见的实现把头文件与源代码文件或工程文件（如果编译器使用它们的话）放在相同的目录或文件夹中。程序清单12.12是头文件中的内容。

程序清单12.12　 diceroll.h 文件

//diceroll.h
extern int roll_count;
int roll_n_dice(int dice, int sides);

该头文件中包含一个函数原型和一个 extern 声明。由于 diceroll.c 文件包含了该文件， direroll.c 实际上包含了 roll_count 的两个声明：

extern int roll_count;     // 头文件中的声明（引用式声明）
int roll_count = 0;        // 源代码文件中的声明（定义式声明）

这样做没问题。一个变量只能有一个定义式声明，但是带 extern 的声明是引用式声明，可以有多个引用式声明。

使用 roll_n_dice() 函数的程序都要包含 diceroll.h 头文件。包含该头文件后，程序便可使用 roll_n_dice() 函数和 roll_count 变量。如程序清单12.13所示。

程序清单12.13　 manydice.c 文件

/* manydice.c -- 多次掷骰子的模拟程序 */
/* 与 diceroll.c 一起编译*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>          /* 为库函数 srand() 提供原型    */
#include <time.h>            /* 为 time() 提供原型            */
#include "diceroll.h"        /* 为roll_n_dice()提供原型，为roll_count变量提供声明 */
int main(void)
{
     int dice, roll;
     int sides;
     int status;
     srand((unsigned int) time(0));    /* 随机种子 */
     printf("Enter the number of sides per die, 0 to stop.\n");
     while (scanf("%d", &sides) == 1 && sides > 0)
     {
          printf("How many dice?\n");
          if ((status = scanf("%d", &dice)) != 1)
          {
               if (status == EOF)
                    break;            /* 退出循环 */
               else
               {
                    printf("You should have entered an integer.");
                    printf(" Let's begin again.\n");
                    while (getchar() != '\n')
                           continue;        /* 处理错误的输入 */
                   printf("How many sides? Enter 0 to stop.\n");
                   continue;            /* 进入循环的下一轮迭代 */
               }
          }
          roll = roll_n_dice(dice, sides);
          printf("You have rolled a %d using %d %d-sided dice.\n",
               roll, dice, sides);
          printf("How many sides? Enter 0 to stop.\n");
     }
     printf("The rollem() function was called %d times.\n",
          roll_count);           /* 使用外部变量 */
     printf("GOOD FORTUNE TO YOU!\n");
     return 0;
}

要与包含程序清单12.11的文件一起编译该文件。可以把程序清单12.11、12.12和12.13都放在同一文件夹或目录中。运行该程序，下面是一个输出示例：

Enter the number of sides per die, 0 to stop.
6
How many dice?
2
You have rolled a 12 using 2 6-sided dice.
How many sides? Enter 0 to stop.
6
How many dice?
2
You have rolled a 4 using 2 6-sided dice.
How many sides? Enter 0 to stop.
6
How many dice?
2
You have rolled a 5 using 2 6-sided dice.
How many sides? Enter 0 to stop.
0
The rollem() function was called 6 times.
GOOD FORTUNE TO YOU!

因为该程序使用了 srand() 随机生成随机数种子，所以大多数情况下，即使输入相同也很难得到相同的输出。注意， manydice.c 中的 main() 访问了定义在 diceroll.c 中的 roll_count 变量。

有3种情况可以导致外层 while 循环结束： side 小于 1 、输入类型不匹配（此时 scanf() 返回 0 ）、遇到文件结尾（返回值是 EOF ）。对于读取骰子的点数，该程序处理文件结尾的方式（退出 while 循环）与处理类型不匹配（进入循环的下一轮迭代）的情况不同。

可以通过多种方式使用 roll_n_dice() 。 sides 等于 2 时，程序模仿掷硬币，“正面朝上”为 2 ，“反面朝上”为 1 （或者反过来表示也行）。很容易修改该程序单独显示点数的结果，或者构建一个骰子模拟器。如果要掷多次骰子（如在一些角色扮演类游戏中），可以很容易地修改程序以输出类似的结果：

Enter the number of sets; enter q to stop.
18
How many sides and how many dice?
6 3
Here are 18 sets of 3 6-sided throws.
12 10 6 9 8 14 8 15 9 14 12 17 11 7 10
13 8 14
How many sets? Enter q to stop.
q

rand1() 或 rand() （不是 rollem() ）还可以用来创建一个猜数字程序，让计算机选定一个数字，你来猜。读者感兴趣的话可以自己编写这个程序。

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