如何在指定整数范围随机选多值？寻求替代std::sample冗余实现的方案

你当前的实现通过创建完整的整数向量再调用std::sample，但当范围极大时，这种方式会占用大量不必要的内存，完全可以优化。标准C++库中并没有直接提供sample(int first, int last, ...)或ranges::sample(int n, ...)这类直接针对整数范围的抽样函数，但我们可以基于标准工具实现更高效的版本，避免冗余内存占用：

方案1：C++20及以上——用视图生成整数范围 #

C++20的范围库提供了std::views::iota，可以直接生成一个整数范围的视图（不存储实际元素，仅在遍历的时候生成值），配合std::sample使用非常简洁：

#include <ranges>
#include <algorithm>
#include <random>
#include <vector>

void Sample(int first, int last, std::vector<int>* out, std::size_t n, std::mt19937* g) {
    out->clear();
    if (n == 0 || first >= last) return;
    
    auto int_range = std::views::iota(first, last);
    std::sample(int_range.begin(), int_range.end(),
                std::back_inserter(*out), n, *g);
}

方案2：自定义计数迭代器（兼容C++11及以上） #

如果你的项目还不能使用C++20，可以自定义一个简单的计数迭代器，模拟整数序列的遍历，同样不需要存储完整的整数向量：

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

// 模拟整数序列的输入迭代器
struct CountingIterator {
    using value_type = int;
    using difference_type = std::ptrdiff_t;
    using pointer = const int*;
    using reference = const int&;
    using iterator_category = std::input_iterator_tag;

    int current;
    explicit CountingIterator(int val) : current(val) {}

    value_type operator*() const { return current; }
    CountingIterator& operator++() {
        ++current;
        return *this;
    }
    CountingIterator operator++(int) {
        CountingIterator temp = *this;
        ++current;
        return temp;
    }

    bool operator==(const CountingIterator& other) const {
        return current == other.current;
    }
    bool operator!=(const CountingIterator& other) const {
        return !(*this == other);
    }
};

void Sample(int first, int last, std::vector<int>* out, std::size_t n, std::mt19937* g) {
    out->clear();
    if (n == 0 || first >= last) return;
    
    std::sample(CountingIterator(first), CountingIterator(last),
                std::back_inserter(*out), n, *g);
}

方案3：小样本场景优化——直接生成不重复随机数 #

如果需要抽取的样本数量n远小于整数范围的大小，可以直接用随机数生成配合集合去重，避免遍历整个范围：

#include <random>
#include <vector>
#include <unordered_set>

void Sample(int first, int last, std::vector<int>* out, std::size_t n, std::mt19937* g) {
    out->clear();
    if (n == 0 || first >= last) return;
    
    const std::size_t range_size = static_cast<std::size_t>(last - first);
    if (n >= range_size) {
        // 样本数量大于等于范围大小，直接取全部元素
        for (int i = first; i < last; ++i) {
            out->push_back(i);
        }
        return;
    }

    std::uniform_int_distribution<int> dist(first, last - 1);
    std::unordered_set<int> selected;
    while (selected.size() < n) {
        selected.insert(dist(*g));
    }
    out->assign(selected.begin(), selected.end());
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ALittleDiff