为何创建销毁std::random_device等随机数对象的开销很高？

首先给出明确结论：

各类编程资料提到的「反复构造销毁随机数相关对象开销极高」，特指运行时的执行速度损耗，和可执行文件体积增长、编译期成本没有任何关系。

不同对象的高开销根源 #

std::random_device #

它是三类对象里构造销毁开销最高的，核心原因是它的实现几乎不依赖纯用户态逻辑：

• 在Windows平台，std::random_device构造时会调用系统加密接口CryptAcquireContext获取加密服务提供器的上下文句柄，销毁时必须调用CryptReleaseContext释放句柄。单次内核态系统调用的耗时，是普通用户态内存操作的数百到数千倍。
• 在Linux/多数类UNIX平台，主流实现会在构造时打开/dev/urandom或/dev/random的文件描述符，销毁时关闭对应描述符，同样需要触发内核态切换，走完整的文件资源申请释放流程。

如果在生成随机数的热路径里每次都新建再销毁std::random_device，相当于每次生成随机数都要承担一次系统调用开销，比复用实例的性能差3~4个数量级是很常见的情况。

均匀分布类（std::uniform_int_distribution<>/std::uniform_real_distribution<>） #

首先要澄清一个常见误解：从C++标准定义来看，分布对象本身的状态非常简单，仅需要存储分布的参数（比如均匀分布的上下界），单纯构造销毁一个仅存几个数值的结构体的开销几乎可以忽略。
资料里不推荐反复构造这类对象，是基于主流标准库实现的现实特性：

• 多数STL实现（包括老版本libstdc++、全版本MSVC STL）的分布对象不是无状态的：为了提升生成效率，实现通常会在分布对象内缓存预计算的映射参数（比如为了消除取模偏差，提前算好的引擎输出位对齐阈值）、甚至缓存预生成的部分随机值。如果每次生成都新建分布对象，这些预计算结果每次都要重新计算，平白增加了无意义的CPU消耗。
• 分布的构造函数会固定执行参数合法性校验、范围映射逻辑的预计算，这些逻辑虽然运行在用户态，但如果放在高频循环里反复执行，累计的耗时损耗会非常明显。

如果你的分布参数在整个程序生命周期内都不会变化，复用实例可以完全省掉这些重复计算的开销。

额外的误区澄清 #

• 这类重复构造销毁不会带来可执行文件体积的增长：所有相关代码都是标准库模板实例化产生的，同类型的代码在二进制里只会存在一份，和你创建多少个对象没有关系。
• 这类开销也不包含什么隐性的资源泄漏成本：只要对象正常销毁就不会泄漏资源，所有成本都集中在CPU执行耗时上。
• 行业通用的最佳实践确实是：在程序初始化阶段一次性完成std::random_device（用于生成种子）、随机数引擎（比如std::mt19937）、固定参数的分布对象的创建，整个程序运行周期内复用这些实例即可，绝对不要在高频调用的代码路径里临时构造这些对象。

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