使用 std::random_device 在 C++ 中生成随机数答案

【问题标题】：Generating random numbers in C++ using std::random_device使用 std::random_device 在 C++ 中生成随机数
【发布时间】：2017-07-31 20:54:25
【问题描述】：

我使用以下代码在 C++ 中生成随机数

std::random_device rdev {};
std::default_random_engine generator {rdev()};
std::uniform_int_distribution dist {a, b};

同样

std::default_random_engine generator {std::random_device{}()};
std::uniform_int_distribution dist {a, b};

我想了解的是使用种子值生成引擎背后的机制。 random_device 使用操作系统中的各种信息获取种子。该值用于初始化引擎对象。对于这里给出的第一个 sn-p 代码，如果 rdev 是一个对象，为什么我们将该值作为 rdev() 传递给引擎。为什么我们在类的对象上使用函数表示法？

对于第二个sn-p的代码，我们如何仅使用类名生成std::random_device对象？

我不确定我的理解问题是特定于随机数生成还是涉及 C++ 语言本身的更大问题。

【问题讨论】：

“对于第二个 sn-p 代码，我们如何仅使用类名生成 std::random_device 对象？” - 因为你是不只使用类名。 {} 的尾随集是有原因的。
更多的是关于 C++ 语言。您可以应用() 运算符的对象称为functors，您可以通过查看一些实例化对象的方法来回答您的大多数其他查询。
"为什么我们在类的对象上使用函数符号？" 这是一个运算符。

标签： c++ random

【解决方案1】：

std::random_device 对象本身不用作种子。 random_device 是一个真随机数生成器。调用它的括号运算符会从中产生一个样本。不幸的是，生成真正的随机数往往比生成伪随机数更昂贵，因此作为一种折衷方案，人们倾向于生成一个真正的随机数作为种子传递给伪随机生成器。因此，在您的第一个示例中，random_device 通过调用其括号运算符 (rdev()) 进行一次采样，返回一个真正的随机值，该值用作 std::default_random_engine 对象的种子。

第二个例子做同样的事情，除了在这种情况下random_device 是一个临时的。在 C++ 中，您可以通过直接调用类的构造函数来构造临时对象，在这种情况下使用大括号初始化。换句话说，表达式 std::random_device{} 返回一个临时的、默认构造的 random_device 对象，然后像前面的示例一样调用其括号运算符以生成种子。

【讨论】：

【解决方案2】：

std::random_device 重载了括号运算符，使其具有类似函数的语法。它或多或少看起来像这样：

class random_device {
    /*...*/
public:
    uint32_t operator()() {
        return /*...*/;
    }
};

然后可以在对象上调用它

std::random_device device;
uint32_t value = device();

或在临时（技术上仍然是一个对象）上

uint32_t value = std::random_device{}();
uint32_t value_2 = std::random_device()(); //Equivalent syntax

operator() 重载也可以通过其他方式重载。

struct multiplies_by_3 {
    uint32_t operator()(uint32_t value) const {
        return value * 3;
    }
};

multiplies_by_3 multiplier;
uint32_t value = multiplier(15); //45
uint32_t value_2 = multiplies_by_3{}(20); //60
uint32_t value_3 = multiplies_by_3()(25); //75

struct subtracts_first_from_second {
    uint32_t operator()(uint32_t first, uint32_t second) const {
        return second - first;
    }
};

subtracts_first_from_second subtractor;
uint32_t value = subtractor(15, 17); //2
uint32_t value_2 = subtracts_first_from_second{}(20, 29); //9
uint32_t value_3 = subtracts_first_from_second()(25, 17); //Underflows to some large number

【讨论】：