C++11随机引擎和分布的互动与成本

Question

我有一堆关于随机引擎和分布、它们的成本和交互的问题：

1. Is std::random_device an expensive (heavy constructible) object? Should I only create one for my application if possible?
2. Are RandomNumberDistribution objects expensive objects or is it mostly dependent of concrete distribution? It seems to me that for example uniform_int_distribution should be very light object containing distribution range [min, max] and may be (?) some internal state.

3. How does the interaction between random_device, random_engine and distribution work in code below:

   std::random_device rd;
   std::mt19937 gen(rd());
   std::uniform_int_distribution<> distr(1, 10);
   
   auto random_value = distr(gen);
   

在最后一行发生了什么？分布从随机引擎中获取下一个值，然后将其带到所需的范围[0, 10]？显然，某些对象的内部状态在调用后应该被修改：肯定是random_device、random_engine，但是uniform_int_distribution是否也有一些内部状态呢？

- Pustovalov Dmitry

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请每次提出一个问题，不要一次提出四个问题。 - Lightness Races in Orbit

一些关于 <random> 的轻松阅读材料。 这是一个绝佳的参考，具有出色的示例。 - WhozCraig

但这些问题是相关的。 - Pustovalov Dmitry

Answer 1

1) 通常情况下，初始化过程要么是微不足道的，要么类似于某些伪随机数生成器（PRNG）的初始化方式，然而调用operator()可能需要访问操作系统以获取安全随机数，这可能会非常耗时。

2) 这主要取决于分布。它们包含分布参数（如果需要，您可以检索这些参数），并且可选地包含一些内部状态（据我所知，大多数实现程序都不涉及它）。因此，初始化分布就像初始化小型结构一样。

3) 分布对象会调用生成器的operator()未指定次数（从0到∞），并从生成器产生的位序列创建随机数。然后返回生成的数字。 它可能会推进生成器状态，并可能将生成器产生但未使用的位存储在分布的内部状态中。

random_device可能甚至没有内部状态，如果它作为系统随机数生成器的句柄实现。否则，在第二行调用其operator()来生成您将用作种子的随机数时，它的状态会被推进。

- Revolver_Ocelot