The Fastest String Shuffle
Difference between en10 and en11, changed 0 character(s)
 Imagine you need to iterate through many random permutations of a string and perform some quick check for each one. The check is so fast that the bottleneck in your solution becomes the shuffling. *For simplicity, in the snippets, I've sped up the check to a no-op and added printing the final string.*↵

#### Implementation with `random_shuffle`↵

~~~~~↵
#include <bits/stdc++.h>↵
using namespace std;↵

#define ITER 10000↵

int main() {↵
    string s; cin >> s;↵
    for (int i = 0; i < ITER; ++i) {↵
        random_shuffle(s.begin(), s.end());↵
        // do_something(s);↵
    }↵
    cout << s << '\n';↵
}↵
~~~~~↵

We'll benchmark this on a random `[a-zA-Z0-9]` string of length $2 \cdot 10^5$.↵

<spoiler summary="How to generate such a string on Unix?"><pre>tr -dc '[:alnum:]' < /dev/urandom | head -c 200000 > stroka.txt</pre>↵
</spoiler>↵

Compile the code with **g++ 14.2.1** using the standard `-O2` flag common in most judging systems. On my laptop, the user CPU time was $26.78$ seconds.↵

#### Implementation with `shuffle`↵

Perhaps you've read the well-known [article about random](https://mirror.codeforces.com/blog/entry/61587) or noticed the compiler warning. Indeed, no one uses [random_shuffle](https://en.cppreference.com/w/cpp/algorithm/random_shuffle.html) anymore, as there's a modern replacement. How will it perform in the benchmark?↵

~~~~~↵
#include <bits/stdc++.h>↵
using namespace std;↵

#define ITER 10000↵

int main() {↵
    string s; cin >> s;↵
    mt19937 rng(42); // reproducibility↵
    for (int i = 0; i < ITER; ++i) {↵
        shuffle(s.begin(), s.end(), rng);↵
        // do_something(s);↵
    }↵
    cout << s << '\n';↵
}↵
~~~~~↵

The user CPU time for this implementation under the same conditions was $7.73$ seconds. Cool! *In this note, we won't dive into implementation details or analyze the reason for this speedup.*↵

#### Implementation with `strfry`↵

Let's turn to C's legacy. The standard library contains some useful functions, like [strtok](https://man7.org/linux/man-pages/man3/strtok.3.html), which have no modern C++ equivalents. And if you look under `_GNU_SOURCE`, you can find even more surprising things.↵

Suddenly, [glibc](https://www.gnu.org/software/libc) enters the stage. For our task, [strfry](https://www.gnu.org/software/libc/manual/2.22/html_node/strfry.html) can help. This function takes a null-terminated string and shuffles it. The global state of the PRNG remains unchanged, and the permutation will vary between runs. Under the hood, the function uses [getrandom](https://man7.org/linux/man-pages/man2/getrandom.2.html) in the standard linear swap algorithm. By the way, according to the [C++11 standard](https://en.cppreference.com/w/cpp/string/basic_string.html), our string is null-terminated.↵

~~~~~↵
#include <bits/stdc++.h>↵
using namespace std;↵

#define ITER 10000↵

int main() {↵
    string s; cin >> s;↵
    for (int i = 0; i < ITER; ++i) {↵
        strfry(s.data());↵
        // do_something(s);↵
    }↵
    cout << s << '\n';↵
}↵
~~~~~↵

The user CPU time under the same conditions was $5.54$ seconds. Congratulations, we've found the winner!

History

 
 
 
 
Revisions
 
 
  Rev. Lang. By When Δ Comment
ru9 Russian Gornak40 2025-08-14 01:03:52 0 (опубликовано)
en11 English Gornak40 2025-08-14 01:03:37 0 (published)
en10 English Gornak40 2025-08-14 01:01:19 79
en9 English Gornak40 2025-08-14 01:00:33 79 Tiny change: 'he winner!' -> 'he winner!\n\n![Chart](https://mirror.codeforces.com/aac5f4/chart.png)'
en8 English Gornak40 2025-08-14 00:54:39 1 Tiny change: 'Imagine yo' -> ' Imagine yo'
en7 English Gornak40 2025-08-14 00:52:52 3 Tiny change: ' user CPU runtime for t' -> ' user CPU time for t'
en6 English Gornak40 2025-08-14 00:51:52 15 Tiny change: ' seconds. Hooray, we've fo' -> ' seconds. Congratulations, we've fo'
en5 English Gornak40 2025-08-14 00:50:10 1 Tiny change: 'tware/libc enters th' -> 'tware/libc) enters th'
en4 English Gornak40 2025-08-14 00:49:41 15 Tiny change: 'd library sometimes contains useful fu' -> 'd library contains some useful fu'
en3 English Gornak40 2025-08-14 00:47:54 2 Tiny change: ' time was 26.78 seconds.\' -> ' time was $26.78$ seconds.\'
en2 English Gornak40 2025-08-14 00:47:03 1062
ru8 Russian Gornak40 2025-08-14 00:44:52 6
en1 English Gornak40 2025-08-14 00:43:42 3176 Initial revision for English translation (saved to drafts)
ru7 Russian Gornak40 2025-08-14 00:31:11 127
ru6 Russian Gornak40 2025-08-14 00:23:36 143
ru5 Russian Gornak40 2025-08-14 00:20:38 11 Мелкая правка: 'и добавил вывод финальной' -> 'и добавил печать финальной'
ru4 Russian Gornak40 2025-08-14 00:20:11 160
ru3 Russian Gornak40 2025-08-14 00:14:13 2065 Мелкая правка: 'ень просто: `tr -dc '[' -> 'ень просто.\n`tr -dc '['
ru2 Russian Gornak40 2025-08-13 23:22:31 26 Мелкая правка: 'troka.txt`\n' -> 'troka.txt`.\n'
ru1 Russian Gornak40 2025-08-13 23:21:22 794 Первая редакция (сохранено в черновиках)