在 C++ 中生成隨機字符串的最有效方法是什么？

Question

我需要有效地生成隨機字符串。 在下文中，您將看到我的第一次嘗試。 我用 gcc 和 -O3 優化級別編譯了代碼。 生成 10^7 個長度為 64 的隨機字符串需要18.5 秒：

#include <iostream>
#include <random>
#include <algorithm>

std::string chars {"abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ1234567890!@#$%^&*()`~-_=+[{]{|;:'\",<.>/?"};
std::random_device rd;
std::mt19937 generator(rd());
  
std::string rand_str (int length) {
  std::string output (chars);
  std::shuffle(output.begin(), output.end(), generator);
  return output.substr(0, length);
}

int main() {
  std::string str;
  for (long i=0; i<10000000; ++i)
      str = rand_str (64);
}

我檢查了 c++17 中的std::sample ，它並不比上述方法快。 此外，它不會改變字符的順序，因此它不是真正隨機的。

編輯： std::shuffle不是一個好的選擇，因為它不允許重復。 根據評論，我修改了代碼。 這次 10^7 個隨機數需要9 多分鍾。

std::string rand_str (size_t length) {
  const size_t char_size = chars.size();
  std::uniform_int_distribution<> random_int (0, char_size - 1);
  std::string output;
  for (size_t i=0; i<length; ++i)
    output.push_back(chars[random_int(generator)]);
  return output;
}

問題

• 在現代 C++ 中是否有更有效的方法來做到這一點？

我感謝任何改進代碼的建議。

Answer 1

#include <iostream>
#include <random>
#include <algorithm>
#include <chrono>

std::string chars {"abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ1234567890!@#$%^&*()`~-_=+[{]{|;:'\",<.>/?"};
std::random_device rd;
std::mt19937 generator(rd());
  
std::string rand_str(int length) {
  std::string output;
  output.reserve(length);

  while(length>0)
  {
      auto randNumb = generator();
      while(randNumb > 93 && length--)
      {
        output.push_back(chars[randNumb%93]);
        randNumb/=93;
      }
  }
  return output;
}

int main() {
  auto startTP = std::chrono::system_clock::now();
  std::string rand_bytes;
  for (long i=0; i<10000000; ++i)
      rand_bytes = std::move(rand_str(64));
  auto endTP = std::chrono::system_clock::now();

  std::cout << "This took: " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(endTP-startTP).count() << std::endl;
}

這在我的機器上大約需要 3 秒。 訣竅是盡可能少地調用隨機數生成器，並且只分配一次 memory。

我正在做的是將 randNumber 從基數 10 轉換為基數 93（字符的長度）。 之后，我使用每個基數 93 位作為不同的隨機數。 這為每個生成的隨機數提供了大約 5 個數字。