朴素随机数生成器#

相信很多人都见过下面这种写法：

//DataGenerator_naive.cpp
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <ctime>
using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    int seed = time(NULL);
    srand(seed);

    //以下代码可以生成10个随机整数
    int n = 10;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
		printf("%d ", rand());
    }

    return 0;
}

但是这样的写法有个问题，在Windows下time(NULL)获取的是自 $1970$ 年 $1$ 月 $1$ 日至今经过的秒数，也就是说同一秒内获得的随机数种子是一样的，即我们每秒只能获得一组有效的随机样例，这样的效率太低，不是我们可以接受的。

利用命令行随机数种子#

事实上，Windows命令行自带了一个随机数生成器%random%，每次调用都可以获得一个不同的整数，能够作为随机数种子，可以将上面的程序改写一下：

//DataGenerator_cmd.cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
#include <ctime>
#include <algorithm>
using namespace std;
stringstream ss;

int main(int argc, char *argv[])
{
    int seed = time(NULL);
    if (argc > 1) //如果有参数
    {
        ss.clear();
        ss << argv[1];
        ss >> seed; //把参数转换成整数赋值给seed
    }
    srand(seed);

    //以下代码可以生成10个随机整数
    int n = 10;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
		printf("%d ", rand());
    }

    return 0;
}

这里我们利用了main函数的传入参数，argc表示参数个数，argv[]表示每个参数的值，以字符串形势表示。

以下命令可以通过调用%random%，并传入DataGenerator_cmd.exe，使得每次运行都能获得不同的种子，并将生成的随机数写入in.txt，以供目标程序读取数据：

DataGenerator_cmd.exe %random% > in.txt

利用系统的加密秘钥生成器生成随机数#

下面这个 WinRandom 类调用了系统的加密秘钥生成器，这个生成器调用内核生成秘钥，所以是硬件的真随机数，可将其写成头文件：

//WinRandom.h
#include <windows.h>
#include <wincrypt.h>
#include <assert.h>
class WinRandom
{
    HCRYPTPROV handle;

public:
    WinRandom()
    {
        handle = NULL;
        CryptAcquireContext(
            (HCRYPTPROV *)&handle, NULL, NULL,
            PROV_RSA_FULL, 0);
    }
    ~WinRandom()
    {
        if (handle != NULL)
            CryptReleaseContext(handle, 0);
    }
    bool randBuf(void *dest, int len)
    {
        if (handle == NULL)
            return false;
        return CryptGenRandom(handle, len, (BYTE *)dest);
    }
#define _(func, typ)                                \
    typ func()                                      \
    {                                               \
        typ ret = 0;                                \
        assert(randBuf((void *)&ret, sizeof(ret))); \
        return ret;                                 \
    }
    _(randInt, int)
    _(randLong, long long)
    _(randUnsigned, unsigned)
    _(randUnsignedLong, unsigned long long)
    _(randShort, short)
    _(randUnsignedShort, unsigned short)
    _(randChar, char)
    _(randUnsignedChar, unsigned char)
    _(randSignedChar, signed char)
};

将上面的程序再改写以下，调用WinRandom类，就可以实现真随机数：

//DataGenerator_WR.cpp
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include "WinRandom.h"
using namespace std;

int main()
{
    WinRandom R;
    //用 R.randInt() 来返回一个随机的int型变量

    //以下代码可以生成10个随机整数
    int n = 10;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
		printf("%d ", R.randInt());
    }

    return 0;
}