C++类成员default_random_engine按引用传参后外部引擎未更新问题

已知要让随机引擎在函数调用后同步更新内部状态，需要按引用方式传递引擎参数。但实际开发中遇到问题：在类构造函数里按引用传入随机引擎时，类外部的引擎状态并不会随类内的随机数生成操作同步更新。
预期效果是类内调用随机数生成方法后，外部的main_engine状态会同步改变，但实际运行后外部引擎状态仍停留在初始种子值123。

最小可复现代码 #

#include<iostream>
#include<random>

class rv{
public: 
    std::default_random_engine rv_eng;
    rv(std::default_random_engine & eng){
        this->rv_eng = eng;
    }
    double nd(){
        std::normal_distribution<double> ndist {0.0, 1.0};
        double draw = ndist(this->rv_eng);
        return draw;
    }
};

int main(){
    std::default_random_engine main_engine;
    main_engine.seed(123);
    std::cout << main_engine << std::endl;
    rv rv_instance(main_engine);
    std::cout << rv_instance.nd() << std::endl;
    std::cout << main_engine << std::endl;
    return 0;
}

实际运行输出 #

123
-0.331232
123

核心问题是类内的引擎成员是独立实例，而非外部引擎的引用：

• 你虽然在构造函数的参数列表里用引用类型接收外部传入的引擎，但类成员rv_eng本身是一个独立的std::default_random_engine对象，和外部的main_engine是两个完全独立的实例。
• 构造函数内的this->rv_eng = eng;执行的是拷贝赋值操作：只是把外部传入引擎的当前状态复制了一份给类内部的rv_eng，执行完这行之后两者就没有任何关联了。
• 后续调用nd()方法生成随机数时，所有状态更新都作用在内部拷贝出来的rv_eng实例上，完全没有修改外部的main_engine，因此外部引擎的状态始终保持初始值。

如果需要类内操作直接修改外部传入的原引擎，有两种常见实现方式：

• 将类内的引擎成员定义为引用类型，并且必须在构造函数的初始化列表中完成绑定（引用无法在构造函数体内通过赋值重绑定），参考代码如下：

class rv{
public: 
    // 成员定义为随机引擎的引用，不再是独立实例
    std::default_random_engine &rv_eng;
    // 初始化列表中直接绑定外部传入的引擎
    rv(std::default_random_engine & eng): rv_eng(eng) {}
    double nd(){
        std::normal_distribution<double> ndist {0.0, 1.0};
        return ndist(rv_eng);
    }
};

• 如果后续需要动态切换类绑定的随机引擎，可以把成员改成std::default_random_engine*指针类型，构造时传入外部引擎的地址，调用生成随机数时解引用即可。

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