快速从数字和字母生成大量随机字符串

Question

我必须生成一个 大 字符串集（10k 甚至更多），大小为 32 个字符，随机从“a-z”、“A-Z”和“0-9” .

到目前为止，我脑子里有以下代码 (O(N*32))，但我想知道是否有更好的方法来做到这一点。

int N = 10000;           
vector<string> vecStr;

for (int index=0; index<N; index++)
{
  string str;
  for (int i = 0; i < 32; ++i)
  {
    int randomChar = rand()%(26+26+10);        
    if (randomChar < 26)
      str += 'a' + randomChar;
    else if (randomChar < 26+26)
      str += 'A' + randomChar - 26;
    else
      str += '0' + randomChar - 26 - 26;
  }
  vecStr.push_back(str);
} 

Answer 1

你不会找到比 O(N*len) 更好的解决方案，其中 N 是字符串的数量，len 是其中每个字符串的长度。也就是说，在某个地方，我确信我可以通过编写 最密集 代码来实现这一点：

#include <iostream>
#include <iterator>
#include <vector>
#include <random>
#include <algorithm>

int main()
{
    static const char alphabet[] =
        "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
        "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
        "0123456789";

    static const size_t N_STRS = 10000;
    static const size_t S_LEN = 32;

    std::random_device rd;
    std::default_random_engine rng(rd());
    std::uniform_int_distribution<> dist(0,sizeof(alphabet)/sizeof(*alphabet)-2);

    std::vector<std::string> strs;
    strs.reserve(N_STRS);
    std::generate_n(std::back_inserter(strs), strs.capacity(),
        [&] { std::string str; 
              str.reserve(S_LEN); 
              std::generate_n(std::back_inserter(str), S_LEN,
                   [&]() { return alphabet[dist(rng)];}); 
              return str; });
    std::copy(strs.begin(), strs.end(), std::ostream_iterator<std::string>(std::cout, "\n"));
    return 0;
}

输出（为简洁省略9990行=P）

MRdeOWckfKy8GTFt0YmQMcM6SABJc934
XvdcatVsv6N9c1PzQGFFY6ZP943yIrUY
xpHzxUUyAizB6BfKldQzoePrm82PF1bn
kMUyPbflxk3yj3IToTFqYWnDq6aznKas
Ey0W5SF37VaeEY6PxWsBoxlNZTv9lOUn
iTx7jFRTHHW6TfYl7N3Hne4yu7kgAzp5
0ZamlaopjLyEvJbr6fzJPdXmjLOohtKh
6ZYeqj47nCMYKj0sCGl2IHm28FmvuH8h
oTDYRIA1trN1A2pQjsBwG3j9llzKIMhw
5zlpvSgTeLQ38eFWeSDoSY9IHEMHyzix

请注意，您可能会对它的运行速度感到惊讶。引擎盖下发生了很多事情。最后，这使用了 C++11 随机库，特别是均匀分布，它消除了传统 rand() % n 解决方案中通常遇到的特定 n 的模数偏差。

Answer 2

您可以考虑在 C++11 中提供 random number generators and distributions。

例如，

const char alphanumeric[] = "0 .. 1A .. Za.. z";

std::default_random_engine rng;
std::uniform_int_distribution<> dist (0, sizeof(alphanumeric) - 1);

...

for (int i = 0; i < 32; i++)
    str += alphanumeric[dist(rng)];

我要补充一点，vecStr.push_back(str) 可能不会那么昂贵，因为它可能使用std::string 对象的移动分配。 std::string 对象在其实现中通常也具有“短字符串”优化 (SSO)。

vector<string> vecStr (N);
...
vecStr[index] = std::move(str);

Answer 3

您不能做得比O(mn) 更好（其中m 是字符串的长度（这里= 32），n 是字符串的数量）。

原因是输出大小为O(mn)，逻辑上需要为输出中的每个字符至少做O(1)工作。

请注意，您的算法可能比O(mn) 慢一点，因为可能会发生一些字符串的重新分配。为了防止这种情况，你可以使用string::reserve:

int M = 32;
...
  string str;
  str.reserve(M);
  for (int i = 0; i < M; ++i)
...

但鉴于M 只有 32 岁，它不太可能产生重大影响。

而且，只是为了好玩，这里是你的代码的一个变体：

int N = 10000, M = 32;
vector<string> vecStr;
string alphabet("abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789");
for (int index = 0; index < N; index++)
{
  string str;
  str.reserve(M);
  for (int i = 0; i < M; ++i)
  {
    str += alphabet[rand() % alphabet.length()];
  }
  vecStr.push_back(str);
}

Live demo.

Answer 4

考虑为您的随机字符串使用预先分配的缓冲区。 此外，您可能会预先生成一些随机块并排列它们。

Answer 5

在算法效率方面并没有太大改善，但我建议

void random_string(char *s, int len=32) {
static const char alphabet[] =
    "0123456789"
    "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
    "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";

for (int i = 0; i < len; ++i) {
    s[i] = alphabet[rand() % (sizeof(alphabet) - 1)];
  }

 s[len] = '\0';
}