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
  • 真随机数发生器
• 分布：它将从引擎获得的数字映射到特定的间隔，使用特定的分布。

我不明白的是为什么不只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，通过在调试会话期间提供相同的种子可以更容易调试。

另外，为什么不只是：

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

原文由 bolov 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 1

另外，为什么不只是：

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，这非常简单。它只是 std::fopen("/dev/urandom") 上的一个薄包装。因此，每次创建 std::random_device 时，您都会获得另一个文件系统句柄，并支付所有相关费用。

据我了解，在 Windows 上， std::random_device 代表对微软加密 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。

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。有时是这样，然后这很棒。

我想这与您的第一个问题有关：

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};

至少我的想法是：

• 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。该实现是由标准 强制执行 的，至少在 boost 中，它在任何地方都使用相同的代码，源自原始的 mt19937 论文。这段代码非常稳定并且是跨平台的。您可以非常自信地初始化它、从中查询等将在您编译它的任何平台上编译成类似的代码，并且您将获得类似的性能。

• std::random_device 相比之下非常不透明。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，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。 （即使你得到 /dev/random ，你仍然会遇到性能可能 不一致 的问题——它可能看起来工作得很好，直到熵池用完，然后它像狗一样慢.)

我的想法是， std::random_device 应该是一种改进版本的播种 time(NULL) 这是一个低标准，因为 time(NULL) 考虑到所有事情，种子都很糟糕。我通常在过去使用 time(NULL) 生成种子的地方使用它。除此之外，我真的不认为它有那么有用。

原文由 Chris Beck 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 2

这篇文章 是一个很好的起点。

我将仅综合几点：

• 它的成本未知。

从这个“设备”读取一个数字的成本是多少？那是未指定的。例如，它可以从 Linux 系统上的 /dev/random 读取，这可能会长时间阻塞等待熵（由于各种原因，这本身就是有问题的）。

根据我的个人经验，我已经通知 std::random_device 通常比简单的伪随机算法慢。一般来说，这可能不是真的，但通常情况下确实如此。那是因为它可能涉及物理设备或简单 CPU 以外的其他硬件。

• 它实际上可能是确定性的。

C++11 的 std::random_device 不需要是不确定的！实现可以并且确实将其实现为具有固定种子的简单 RNG，因此它为程序的每次运行产生相同的输出。

原文由 BiagioF 发布，翻译遵循 CC BY-SA 3.0 许可协议