c++ - 为什么不直接使用 random_device？

Question

我对 c++11 随机库有点困惑。

我的理解:我们需要两个独立的概念:

• 随机引擎，可以是:
  • 伪(需要种子)又名 PRNG
  • 真正的随机数生成器
• 分布:它将从引擎获得的数字映射到特定的区间，使用特定的分布。

我不明白为什么不直接使用真正的随机数生成器:

std::random_device rd;
std::uniform_int_distribution<int> dist(1, 5);

// get random numbers with:
dist(rd);

据我所知，这很好用。

相反，这是我在大多数示例/网站/文章中发现的:

std::random_device rd;
std::mt19937 e{rd()}; // or std::default_random_engine e{rd()};
std::uniform_int_distribution<int> dist{1, 5};

// get random numbers with:
dist(e);

我不是在谈论特殊用途，例如密码学，只是您的基本入门文章。

我的怀疑是因为 std::mt19937(或 std::default_random_engine)接受种子，在调试期间提供相同的种子可以更容易调试 session 。

另外，为什么不只是:

std::mt19937 e{std::random_device{}()};

Answer 1

Also, why not just:

std::mt19937 e{std::random_device{}()};

如果您只执行一次可能会很好，但如果您会执行多次，最好跟踪您的std::random_device而不是不必要地创建/销毁它。

查看 libc++ 源代码以实现 std::random_device 可能会有所帮助，这很简单。它只是 std::fopen("/dev/urandom") 上的一个薄包装.所以每次创建 std::random_device您将获得另一个文件系统句柄，并支付所有相关费用。

据我所知，在 Windows 上，std::random_device表示对 Microsoft 加密 API 的一些调用，因此每次执行此操作时都将初始化和销毁​​一些加密库接口(interface)。

这取决于您的应用程序，但出于一般目的，我不会认为这种开销总是可以忽略不计。有时确实如此，然后这很棒。

我想这与您的第一个问题有关:

Instead, this is what I found on most examples/sites/articles:

 std::random_device rd;
 std::mt19937 e{rd()}; // or std::default_random_engine e{rd()};
 std::uniform_int_distribution<int> dist{1, 5};

至少我是这么想的:

• std::mt19937是一个非常简单可靠的随机发生器。它是独立的，将完全存在于您的进程中，而不需要调用操作系统或其他任何东西。该实现是标准强制，至少在 boost 中，它在任何地方都使用相同的代码，源自原始 mt19937纸。这段代码非常稳定并且是跨平台的。您可以非常自信地对其进行初始化、查询等操作将在您编译它的任何平台上编译为类似的代码，并且您将获得类似的性能。

• std::random_device相比之下是相当不透明的。你并不确切知道它是什么，它会做什么，或者它的效率如何。你甚至不知道它是否真的可以被获取——当你尝试创建它时它可能会抛出一个异常。你知道它不需要种子。您通常不应该从中提取大量数据，只需使用它来生成种子。有时，它作为加密 API 的一个很好的接口(interface)，但实际上并不需要这样做，遗憾的是有时它不需要。它可能对应于 /dev/random在 unix 上，它可能对应于 /dev/urandom/ .它可能对应于一些 MSVC 加密 API (visual studio)，或者它可能只是一个固定常量 (mingw)。如果您为某些手机进行交叉编译，谁知道它会做什么。 (即使您确实得到了 /dev/random ，您仍然会遇到性能可能不一致的问题一致 - 它可能看起来工作得很好，直到熵池用完，然后运行缓慢作为一条狗。)

我的想法是，std::random_device应该是像 time(NULL) 播种的改进版本-- 这是一个低标准，因为 time(NULL)考虑到所有因素，它都是一个非常糟糕的种子。我通常在我会使用 time(NULL) 的地方使用它回到过去，产生种子。除此之外，我真的认为它并没有什么用处。