{"id":139,"date":"2016-12-09T10:38:36","date_gmt":"2016-12-09T10:38:36","guid":{"rendered":"http:\/\/renaudguezennec.eu\/?p=139"},"modified":"2025-08-17T20:12:12","modified_gmt":"2025-08-17T20:12:12","slug":"rand-moi-un-entier","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/renaudguezennec.eu\/index.php\/2016\/12\/09\/rand-moi-un-entier\/","title":{"rendered":"rand() moi un entier !"},"content":{"rendered":"

Cet article est une synth\u00e8se de plusieurs conf\u00e9rences, de la documentation C++ et de mon exp\u00e9rience sur la g\u00e9n\u00e9ration de nombre al\u00e9atoire en C++.<\/p><\/blockquote>\n

Mon besoin<\/h2>\n

Je suis le d\u00e9veloppeur de Rolisteam. Un logiciel pour faire du jeu de r\u00f4le en ligne. Il int\u00e8gre une solution badass (oui, je m’envoie des fleurs) de lancer de d\u00e9s. J’ai pass\u00e9 beaucoup de temps entre juillet 2014 et f\u00e9vrier 2015 pour produire un langage de script interpr\u00e9t\u00e9 de lancement de commandes de d\u00e9s. Vous pouvez y jeter un \u0153il sur ce lien: DiceParser<\/a>. Bref, j’ai cr\u00e9e tout un syst\u00e8me pour lancer les d\u00e9s et faire des op\u00e9rations sur les r\u00e9sultats: tri, relance, filtre, explosion, arithm\u00e9tique, gestion des priorit\u00e9s math\u00e9matiques et il est m\u00eame capable de g\u00e9n\u00e9rer l’arbre d’ex\u00e9cution avec dot.<\/p>\n

L\u2019al\u00e9atoire<\/h3>\n

Pour la partie al\u00e9atoire dans tout le syst\u00e8me, j’ai r\u00e9utilis\u00e9 le code historique de rolistik (l’anc\u00eatre de rolisteam).
\nCertains utilisateurs sont venus me voir pour me demander de v\u00e9rifier le syst\u00e8me d\u2019al\u00e9atoire car ils avaient fait des tests et avez d\u00e9termin\u00e9 que Rolisteam favorisait les r\u00e9sultats haut; ou bas selon les personnes.
\nJ’avais droit \u00e0 un tableau de statistique r\u00e9alis\u00e9 sur quelques dizaines de lancer de d\u00e9s.
\nArgument qu’il est facile de d\u00e9truire avec une \u00e9tude statistique plus riche en lancer. DiceParser<\/a> fonctionne en ligne de commande, donc tr\u00e8s facile \u00e0 \u00abscripter\u00bb. Bref, des gens avaient des doutes sans r\u00e9elle preuve.
\nDu coup, je me suis un peu renseign\u00e9 s’il n’y avait pas des m\u00e9thodes plus \u00abC++\u00bb avec le C++11, C++14 et\/ou C++17.<\/p>\n

L\u2019existant<\/h2>\n

Quand il s’agit de g\u00e9n\u00e9rer des nombres al\u00e9atoires, la premi\u00e8re impl\u00e9mentation qu’on apprend est souvent celle ci :<\/p>\n

[pastacode lang=”cpp” manual=”int%20resultat%20%3D%20std::rand()%25MAX%2Bdebut%3B” message=”usage classique de rand();” highlight=”” provider=”manual”\/]<\/p>\n

Je pense que tous les \u00e9tudiants ont impl\u00e9ment\u00e9 cette m\u00e9thode, dans leurs premi\u00e8res ann\u00e9es d’\u00e9tudes.\u00a0 Elle est facile \u00e0 comprendre. Elle est disponible dans beaucoup de langages. Elle vient du C. Elle met en avant le modulo, ce qui lui donne peut-\u00eatre une valeur p\u00e9dagogique. Elle suffit dans de tr\u00e8s nombreux cas.<\/p>\n

Nous allons voir un peu ce qui cloche avec cette m\u00e9thode.<\/p>\n

Les d\u00e9fauts<\/h3>\n

1\/ Pauvre entropie<\/strong>
\nD\u00e9j\u00e0, rand()<\/span><\/span><\/span><\/strong> ou std::rand()<\/strong> sont d\u00e9finis dans le “man” comme une solution pauvre pour obtenir de l\u2019al\u00e9atoire. Il est pr\u00e9cis\u00e9 que les vieilles impl\u00e9mentations de rand() ou les impl\u00e9mentations sur d’autres syst\u00e8mes fournissent un al\u00e9atoire pauvre sur les bits de poids faibles. Cela explique peut-\u00eatre pourquoi certains utilisateurs sous Windows se plaignent.
\nDonc l\u2019entropie de rand n’est pas bonne. Il existe une autre m\u00e9thode: random()<\/strong> qui fonctionne normalement mieux, avec un p\u00e9riode beaucoup plus grande.<\/p>\n

2\/ Erreur de r\u00e9partition<\/strong>
\nCes deux m\u00e9thodes g\u00e9n\u00e8rent un nombre entre 0<\/strong> et RAND_MAX<\/strong>. Maintenant, nous souhaitons obtenir des r\u00e9sultats sur un d\u00e9s \u00e0 100 faces. (C’est un format de d\u00e9s courant en Jeux de r\u00f4le).
\nImaginons que RAND_MAX<\/strong> vaut 32767.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Si je d\u00e9coupe la valeur maximum en tranche de 100 cela donne ceci:<\/p>\n

\n

[0 : 99] => 100 valeurs
\n[100 : 199] =><\/span><\/span><\/span> 100 valeurs
\n[200 : 299] => 100 valeurs
\n:
\n:
\n[32700 : 32767 ] => 67 valeurs.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Nous avons 327 tranches compl\u00e8tes et une derni\u00e8re de 67.\u00a0 L’usage du modulo vient faire la correspondance entre la valeur tir\u00e9e dans l’espace de valeurs d\u00e9sir\u00e9es. Cela favorise les r\u00e9sultats entre 0 et 67. Il y a une chance suppl\u00e9mentaire de tomber en dessous de 67. La diff\u00e9rence est probablement n\u00e9gligeables mais tout de m\u00eame, cela me pose probl\u00e8me d’avoir cela dans mon logiciel.<\/p>\n

3\/ Probl\u00e8me de portabilit\u00e9<\/strong><\/p>\n

La valeur RAND_MAX<\/strong> vaut au minimum 32767 dans la norme. Elle diff\u00e8rent en fonction des impl\u00e9mentations, nous avons vu \u00e9galement que la portabilit\u00e9 de la m\u00e9thode rand() n’est pas garantie.
\nCette somme de probl\u00e8mes vient conforter les utilisateurs de Rolisteam dans leur id\u00e9e de probl\u00e8me relatif au syst\u00e8me de d\u00e9s. Deux probl\u00e8mes de portabilit\u00e9 se cumulent.<\/p>\n

Le constat de ces erreurs m’a pouss\u00e9 \u00e0 chercher une solution moderne pour g\u00e9n\u00e9rer ces nombres.<\/p>\n

Dans les API C++ est arriv\u00e9 un nouveau “module” avec le C++11. Il s’agit de random.<\/p>\n

#include <random><\/h2>\n

Ce module pr\u00e9sente toute une s\u00e9rie de classes pour g\u00e9n\u00e9rer des nombres al\u00e9atoires et les r\u00e9partir.
\nIl propose un nombre int\u00e9ressant d’algorithmes ou de moteurs diff\u00e9rents pour la g\u00e9n\u00e9ration. Je ne suis pas un expert en g\u00e9n\u00e9ration pseudo-al\u00e9atoire de nombre. Du coup, le nom des algorithmes ne me parle pas.
\nCependant, il semble que deux \u00e9l\u00e9ments sortent du lot: le std::random_device<\/strong> et le std::mt19937<\/strong>.<\/p>\n

Le std::random_device<\/strong><\/h3>\n

Il est d\u00e9fini dans la documentation comme: Un g\u00e9n\u00e9rateur de nombre al\u00e9atoire non d\u00e9terministe. En gros, cela signifie qu’on ne peut pas pr\u00e9voir son comportement.
\nD’habitude, vous initialisez votre m\u00e9thode al\u00e9atoire par un seed. Il peut \u00eatre int\u00e9ressant pour des tests automatiques ou une r\u00e9solution de bug de pouvoir rejouer une s\u00e9quence enti\u00e8re de nombre al\u00e9atoire.
\nPour atteindre cet objectif, il suffit de mettre la m\u00eame seed. Donc vous avez l\u00e0 une m\u00e9thode de nombre al\u00e9atoire qui est d\u00e9terministe. random_device n’a pas de seed. Il n’a pas besoin d’\u00eatre initialiser. Il est donc impossible de lui faire “jouer” deux fois la m\u00eame chose. Dans mon cas, cela me satisfait compl\u00e8tement.<\/p>\n

C’est facile \u00e0 mettre en place:<\/p>\n

[pastacode lang=”cpp” manual=”std%3A%3Arandom_device%20rd%3B%0Astd%3A%3Auniform_int_distribution%3Cint%3E%20dist(1%2C%2010)%3B%0Aint%20randomNumber%20%3D%20dist(rd)%3B%0Astd%3A%3Acout%20%3C%3C%20%20randomNumber%20%3C%3C%20std%3A%3Aendl%3B” message=”” highlight=”” provider=”manual”\/]<\/p>\n

On g\u00e9n\u00e8re une nombre et on le distribue entre 1 et 10. Cela suffit. Il y a rien besoin de plus. C’est propre, \u00e9l\u00e9gant etc.
\nJ’ai impl\u00e9ment\u00e9 cette m\u00e9thode dans rolisteam 1.8, malgr\u00e9 les avertissements qu’on trouve \u00e0 droit \u00e0 gauche. Cela donne de bons r\u00e9sultats sous Linux. J’ai fait une version pour Windows et l\u00e0, c’est le drame.
\nL’entropie du module sous windows est de z\u00e9ro. Cela signifie qu’il renvoie toujours le m\u00eame r\u00e9sultat. Bref, les d\u00e9s \u00e9taient toujours de la m\u00eame valeur.
\nLa solution du random_device ne marche pas. Elle n’est pas portable.<\/p>\n

Le std::mt19937<\/strong><\/h3>\n

Il reste donc la m\u00e9thode du std::mt19937<\/strong>. Elle fait toujours partie de l’API de <random>. Voici l’impl\u00e9mentation finale dans rolisteam.<\/p>\n

[pastacode lang=”cpp” manual=”%2F%2F%20dans%20le%20constructeur%20de%20ma%20classe%20d%C3%A9%0Aauto%20seed%20%3D%20std%3A%3Achrono%3A%3Ahigh_resolution_clock%3A%3Anow().time_since_epoch().count()%3B%0Am_rng%20%3D%20std%3A%3Amt19937(quintptr(this)%2Bseed)%3B%0A%0A%2F%2Fdans%20la%20fonction%20lancer%20(roll())%0Astd%3A%3Auniform_int_distribution%3Cqint64%3E%20dist(m_base%2Cm_faces)%3B%0Aqint64%20value%20%3D%20dist(m_rng)%3B” message=”L\u2019implementation dans rolisteam.” highlight=”” provider=”manual”\/]<\/p>\n

On peut voir qu’elle est plus proche de l’ancienne m\u00e9thode car Il est n\u00e9cessaire de l\u2019initialiser avec un seed. Pour cela, il est \u00e9galement possible d’utiliser une API C++11: <chrono>.<\/p>\n

[pastacode lang=”cpp” manual=”%20%23include%20%3Cchrono%3E%0A%E2%80%A6%0Aauto%20seed%20%3D%20std%3A%3Achrono%3A%3Ahigh_resolution_clock%3A%3Anow().time_since_epoch().count()%3B%0Am_rng%20%3D%20std%3A%3Amt19937(quintptr(this)%2Bseed)%3B” message=”Politique Agricole Commune” highlight=”” provider=”manual”\/]<\/p>\n

 <\/p>\n

Autres m\u00e9thodes:<\/h2>\n

Il existe d’autres moyens de tirer des nombres al\u00e9atoires en C++. Il existe des tonnes de biblioth\u00e8ques C++ pour faire cela. Si j\u2019en avais une seule \u00e0 vous conseiller, je parlerais de PCG (www.pcg-random.org<\/a>). Elle est \u00e9crite par Melissa O’Neill. Cheinan Marks fait l\u2019\u00e9loge de cette biblioth\u00e8que et du site qui l’accompagne. <\/span><\/p>\n

Il y a de nombreux articles sur le sujet. Personnellement, je n’ai pas int\u00e9gr\u00e9 PCG dans rolisteam, tout simplement parce que chaque biblioth\u00e8ques externes est un calvaire \u00e0 g\u00e9rer dans le processus d’installation pour une application multi-plateforme.
\n<\/span><\/p>\n

Conclusion:<\/h2>\n

J\u2019esp\u00e8re avoir fait le tour des nouvelles API pour la g\u00e9n\u00e9ration al\u00e9atoire de nombres entiers en C++. Il est important de garder \u00e0 l’esprit que l’API <random> fournit bien sur bien plus de chose que ce que j\u2019ai montr\u00e9. Je n’ai pas fait d\u2019\u00e9tude statistique pour d\u00e9montrer que c\u2019est mieux maintenant. Dans tous les cas, j\u2019ai impl\u00e9ment\u00e9 le device_random dans mon lecteur audio maison, et je d\u00e9couvre plein de nouvelle musique de ma collection.<\/p>\n

Les sources:<\/h2>\n

CppCon 2016: Cheinan Marks \u201cI Just Wanted a Random Integer!”:
\nhttps:\/\/www.youtube.com\/watch?v=4_QO1nm7uJs<\/a>
\nStephan T. Lavavej – rand() Considered Harmful:
\nhttps:\/\/channel9.msdn.com\/Events\/GoingNative\/2013\/rand-Considered-Harmful<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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