C++ 中惯用的“保证唯一”标识符答案

【问题标题】：Idiomatic "guaranteed-unique" identifiers in C++C++ 中惯用的“保证唯一”标识符
【发布时间】：2011-08-05 08:45:57
【问题描述】：

是否有一种惯用的 C++ 方法来保留和回收保证唯一的标识符？我的要求是：

假设存在当前未保留的 ID，reserve_id(void) 将返回该 ID。
在reserve_id() 调用的连续序列中，不会返回单个标识符两次
有一个函数 recycle(id_type) 将标识符返回给可用池。

例如，我见过 Boost::Uuid，但是 a) 我没有看到断言两个 UUID 保证唯一性的文档，并且 b) 我暂时受限于 Boost (1.40) 的早期版本.如果这特别适合这项任务，我可以推动升级。

【问题讨论】：

您的要求不明确：按照说明，您可以使用静态 id 计数器 sprintf("id%d", ++id)，这对数十亿个值很有用，或者在 += 'x' 之后返回 std::string ;-)。如果在实践中这些值没有用完，回收可能是一个空操作，或者您可以创建一个 deque 并优先使用它。在长度、格式、性能、跨主机唯一性、跨进程运行唯一性等方面，您真正有哪些其他限制/期望？或者我们应该推断出类似于 Boost::Uuid 目的的需求？
明确地说，我担心整数环绕，因为我正在编写一个长时间运行的服务器。我主要关心的是上面的#2。
您可以轻松地使用无符号 64 位 int，甚至可以使用简单的 if (!++low_order) ++high_order; 链接 2...？在太阳熄灭之前应该没问题....
值得考虑“极不可能”复制意味着什么。维基百科描述了 122 位随机 UUID 的机会“换句话说，只有在接下来的 100 年每秒生成 10 亿个 UUID 之后，仅创建一个副本的概率约为 50%。一个副本的概率约为 50如果地球上每个人都拥有 6 亿个 UUID。” en.wikipedia.org/wiki/Universally_unique_identifier。 IMO 更有可能出现某种类型的硬件故障，从而在您使用的任何精心设计的代码中为您提供副本。
@Michael Anderson：我真的希望你不是负责设计飞机、汽车或核能的东西 :-)

标签： c++ uuid idioms

【解决方案1】：

我认为您已经通过查找 Boost::Uuid 为大多数实际目的解决了此问题，但您要求回收已生成的标识符除外。

来自问题中的documentation you linked to：

当 UUID 由其中一个生成时定义的机制，它们是保证独一无二，与众不同从所有其他生成的 UUID（即是，它以前从未生成过并且永远不会再次生成），或者极有可能是独一无二的（取决于机制）。

如果您一心想要回收和重新使用现有标识符，我想您可以随着时间的推移建立一个 UUID 池，仅在您需要一个 UUID 并发现池为空时生成新的。但我无法想象这样的场景比生成新的 UUID 更可取。

编辑：您评论说您需要保证唯一性。实际上，当以编程方式生成唯一标识符时，您永远不会得到一个。在实践中，您将生成的 ID 存储在具有有限大小的数据类型中，因此您可以生成的可能 ID 集也是有限的。恕我直言，你能做到的最好的就是在公差阈值内模拟唯一性。

你可以这样做

使用一种技术，使获得重复 UUID 的机会变得非常遥远（这就是 Boost::UUID 的作用）；
将极可能是唯一的 UUID 的生成包装在一些其他逻辑中，该逻辑在已生成的 UUID 列表中查找新生成的 UUID，以消除新生成的 UUID 的微小机会是重复的。显然，当您在列表中处理大量 UUID 时，这样做的实用性会降低。您预计会产生多少？

GNU Bignum Library

【讨论】：

所以在这种情况下，“极有可能”对我不起作用。我确实想要保证。
@Andres Jaan Tack：什么样的保证？您是否需要 UUID 生成器更强有力地保证数字是唯一的，而不是从 RAM 中获得它会正确存储它们，而不是翻转几位以将新的唯一值更改为您看到的值前？这段代码是在真机上运行，还是图灵机的柏拉图式理想？
@razlebe 我喜欢你对这个问题的处理。总之，正确的答案是，“每个人都乐于相信 UUID 生成器，并且一切都很好。”

【解决方案2】：

ID 的有效期是多久？你真的需要回收它们吗，或者你能忍受它们永远独一无二吗？您需要一次生成多少个？你可以为 id 贡献多少位？

这是一个简单的方法：获取您的以太网卡的 MAC 地址（这是全球唯一的硬件问题），混合时间/日期（以毫秒为分辨率）和一个递增的整数计数器（每个生成的 id 递增一次），然后您d 有一个在您的时间/日期范围内唯一的 id，只要您不在这台机器上在一毫秒内生成它们的 MAXINT。现在它不是随机的，攻击者很容易预测，所以不要将它用于安全，它肯定不是最有效的位使用，但它是全球唯一的。

【讨论】：

我所描述的并不是针对任何类型的蓄意攻击的证据。整数计数器将防止正常的时钟更改问题，除非您每天滚动多次。
是的，我所说的并不是批评。只是在使用时间时要记住的一点。

【解决方案3】：

您需要什么样的独特性？
只是在程序的生命周期内是唯一的，还是在多次运行/跨进程中是唯一的？

如果是前者，那么您可以只需new 一个字节的内存，然后使用该内存的地址作为您的标识符。这将保证是唯一的，直到您 delete 内存，此时它可能会被回收。

这可以很容易地包装在这样的类中：

#include <stdint.h>

class UID
{
public:
        typedef uint64_t id_type;

        static const id_type reserve_id()
        {
                uint8_t* idBlock = new uint8_t;
                *idBlock = validId;
                return (id_type)idBlock;
        }

        static void recycle(id_type id)
        {
                uint8_t* idBlock = (uint8_t*)id;
                if (*idBlock == validId)
                {
                        *idBlock = 0;
                        delete idBlock;
                }
        }
private:
        static const uint8_t validId = 0x1D;
};

可能有点不寻常，但如果您只需要每个进程的唯一性，它就可以满足您的要求:)

【讨论】：

【解决方案4】：

是的，这很简单。

reserve_id 函数是operator new(0)。
这会分配零字节，但具有唯一的地址。
recycle函数当然是operator delete

【讨论】：

@Salters True - 直到软件重新启动，或者地址用完。
这不是我在您之前 2 小时提出的建议吗？（除了我分配了一个字节，所以我可以添加一些有限的验证）。我的投票该死的在哪里？ :)
好吧，我没有费心将其转换为整数类型。如果 UUID 可以接受，void* 可能也可以接受。

【解决方案5】：

这个问题似乎与 C++ 无关，它更像是一个基本问题。在任何给定时间预计有多少 ID 是有效的？如果您希望在任何给定时间只有很少的有效 ID，只需将它们放入链表、向量或集合等容器中，具体取决于您的性能要求和相对回收/保留频率。排序链表可能是最好的选择，因为您将在 O(n) 中同时进行回收和保留操作。一个向量有 O(n)、O(n log n) 和一个集合分别有 O(n log n)、O(n)（可能是错的，我很快就想到了）。

void recycle(ID) {
    container.remove(ID);
    // abort if unsuccessiful (= invalid ID)
}

ID reserve() {
    static ID last = 0;
    while(container.find(last)) {
        last++;
    }
    return last;
}

【讨论】：