封装 boost::random 以便于替换 rand()

Question

对于我的程序，我需要具有不同范围的伪随机整数。 到目前为止，我一直使用 rand() 函数，但它有其局限性。

我发现 boost::random 库是一个更好的替代品，但我不想到处创建随机生成器。
（我在许多类中都需要随机整数，因为它是一个压力测试软件，可以伪随机地做出每个决定（-> 测试运行必须通过设置相同的起始种子来重复）。

这就是为什么我将 boost::random 封装在自己的课堂上。

这背后的想法是简化使用，使其几乎与 C++ rand() 方法

#include "boost/shared_ptr.hpp"
#include "boost/random.hpp"

class Random{
public:
   typedef boost::shared_ptr< Random > randomPtr;
   typedef boost::mt19937 randomGeneratorType;

   static randomPtr Get(){
      static randomPtr randomGen( new RandomGenerator() );
      return randomGen;
   }

   void SetSeed(int seed){
      randomGenerator.seed( seed );
   }

   int Random( int lowerLimit, int upperLimit ){
   boost::uniform_int<> distribution( lowerLimit, upperLimit );
   boost::variate_generator< randomGeneratorType&, boost::uniform_int<> >
   LimitedInt( randomGenerator , distribution );
   return LimitedInt();
   }

private:
   // prevent creation of more than one object of the LogManager class
   // use the Get() method to get a shared_ptr to the object
  Random():
    randomGenerator() //initialize randomGenerator with default constructor
  {}

  RandomGenerator( const RandomGenerator& orig ){};

  randomGeneratorType randomGenerator;
};

在给定范围内生成一个随机数现在就像

#include "Random.h"
  Random::Get()->SetSeed( 123123 );  // If you want to make the run repeatable
  int dice = Random::Get()->Random(1,6);

问题：
这种生成随机数的方式有什么问题吗？
我不认识的大开销？
纯粹的邪恶还是过时的编程技术？

(我还是 C++ 新手，想提高自己的技能，我发现堆栈溢出是 获得高质量建议的最佳场所）

Answer 1

Joe Gauterin 演示了这个问题，但它没有提供任何解决方案 :)

共享状态的问题是没有重入：即，执行两次相同的方法不会提供相同的结果。这在多线程情况下尤其重要，因为全局状态可能并不总是在程序中的同一点发生变化，从而导致从一次运行到另一次运行的结果不一致。

解决方案是每个模拟都应该有自己的“状态”，然后你会避免共享状态。

这可以通过多种方式实现：例如，您仍然可以使用“全局”状态，但将其设置为线程的本地状态，这样线程就不会互相踩到对方的脚趾。

然而，更简洁的版本在于将此状态存储在某处，更简单的方法是拥有某种Context 类，每次模拟实例化一次，它是模拟状态的聚合（用于模拟- 宽状态）。

考虑到这一点：

class Context
{
public:
  typedef boost::mt19937 RandomGeneratorType;

  void SetSeed(int seed){
     rg.seed( seed );
  }

  int Next( int lowerLimit, int upperLimit ) {
    boost::uniform_int<> distribution( lowerLimit, upperLimit );
    boost::variate_generator< randomGeneratorType&, boost::uniform_int<> >
    LimitedInt( rg, distribution );
    return LimitedInt();
  }

private:
  RandomGeneratorType rg;
};

然后，在您的模拟中传递Context 实例，您可以并行运行任意数量的实例。

Answer 2

您实际上已经将您的生成器包装在singleton 中，引入了单例和全局变量带来的所有问题。例如，您很难让多个压力测试并行运行，因为您的实现不是线程安全的。

但我看到的主要问题是你的包装器并不比只使用没有包装器的 boost::random 简单。

Answer 3

你或许可以避开Get()。对我来说，这纯粹是主观的。我更喜欢Random::Seed() 和Random::Next() 或Random::Next(min,max) 这样的调用机制。 Random 中没有太多的函数，因此您可以将它们全部设为静态函数。

这是一个简单的实现。但请记住，这是考虑您在单线程环境中使用它。对于多线程环境，最好不要将其作为单例。

class Random
{
public:
    typedef boost::mt19937 RandomGeneratorType;

    static void Seed(int seed)
    {
        s_randGen.seed(seed);
    }

    static int NextInt(int min_val, int max_val)
    {
        boost::uniform_int<> distribution(min_val, max_val);boost::variate_generator< randomGeneratorType&, boost::uniform_int<> >
        return LimitedInt( s_randGen , distribution );;
    }
private:
    static RandomGeneratorType s_randGen;
};

Random::RandomGeneratorType Random::s_randGen;

Answer 4

下面是我的封装版本：

#include <boost/random.hpp>
#include <ctime>  


int getRandomIntValue(int min, int max)
{
    static boost::minstd_rand gen((unsigned int)std::time(NULL));
    boost::uniform_int<int> dist(min, max);
    boost::variate_generator<
        boost::minstd_rand&,
        boost::uniform_int<int>> combgen(gen, dist);

    return combgen();
}

Answer 5

我会说这看起来不错 - 这样您可以在需要时轻松替换随机生成算法。

Answer 6

您也可以尝试在容器中创建实体并随机打乱它们。

void
GenerateRandomString(vector<string>& container,
                     int size_of_string,
                     unsigned long long num_of_records,
                     int thread_id)
{
  srandom(time(0));
  random();
  for(unsigned long long int i=0; i < num_of_records; ++i)
  {
    stringstream str_stream;
    str_stream.clear();
    str_stream << left << setfill('x') << setw(size_of_string-4);
    str_stream << num_of_records+i+1 << "-" << thread_id;
    container.push_back(str_stream.str());
  }
  random_shuffle(container.begin(), container.end());
}