為什麼要放棄「std::rand()」而使用新的 C 隨機函式庫？

為什麼新的隨機庫比 std::rand() 更好？

簡介

雖然std::rand() 是常用的隨機數生成器接口，但最新的C 版本提供了一個擴展的新隨機庫，旨在解決其限制。本文研究了 std::rand() 和新函式庫之間的差異，重點介紹了優點和效能注意事項。

std::rand() 的缺點

傳統rand() 實作採用線性同餘產生器(LCG)，它可能會表現出弱點：

• 低位隨機性有限
• 週期短
• 最大值較低(RAND_MAX)
• 連續值之間的相關性

新隨機庫的優點

相較之下，

• 中的新隨機庫隨機>具有多種優點：
• 高品質演算法：使用Mersenne Twister 等現代產生器，提供更高的品質和更不可預測的隨機性。
• 明確狀態管理： Rand() 使用全域狀態，這可能會導致多執行緒應用程式和可重現模擬的相容性問題。新庫支援將生成器封裝在類別中，允許多個獨立的生成器。

跨平台播種：

為跨平台種子產生器提供預設的 random_device，確保不同編譯器的輸出一致。

效能比較

本文包含舊的基於 LCG 的 rand() 和新的基於 Mersenne Twister 的生成器之間的性能比較。令人驚訝的是，兩種方法產生的隨機數的總體分佈相似。然而，新庫明顯慢了很多，大約比 rand() 慢 4 倍。

建議

對於基本應用程式或隨機性品質不重要的情況，std： :rand() 仍然是可行的選擇。然而，對於需要高品質和可重複的隨機數的更高要求的應用程序，強烈建議使用新的隨機庫。

效能最佳化

如果效能是一個問題，文章建議使用std::minstd_rand，這是新函式庫提供的基於LCG 的生成器，它在品質和性能之間提供了良好的平衡。

結論

新C 中的隨機庫通過提供更高質量的生成器、顯式狀態管理和一致的播種來解決std::rand()的局限性。雖然在某些情況下它可能會比較慢，但當隨機性品質至關重要時，它的優點超過了效能缺點。

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