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C++算法計(jì)時(shí)器的實(shí)現(xiàn)示例

 更新時(shí)間:2022年05月23日 09:22:10   作者:KiraFenvy  
本文主要介紹了C++算法計(jì)時(shí)器的實(shí)現(xiàn)示例,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

有時(shí)為了檢測和比較算法效率和復(fù)雜度,需要一個(gè)計(jì)時(shí)器,而這個(gè)計(jì)時(shí)器往往需要精確到毫秒ms、微秒μs甚至納秒ns,不太常用的庫或api就不放上來了。

1.毫秒級(jí)精度

1.1 CLOCKS_PER_SEC

在頭文件time.h或ctime中,clock()函數(shù)返回從“開啟這個(gè)程序進(jìn)程”到“程序中調(diào)用clock()函數(shù)”時(shí)之間的CPU時(shí)鐘計(jì)時(shí)單元(clock tick)數(shù),在MSDN中稱之為掛鐘時(shí)間(wal-clock),常量CLOCKS_PER_SEC,它用來表示一秒鐘會(huì)有多少個(gè)時(shí)鐘計(jì)時(shí)單元,精確到毫秒,其使用方法如下:

精華代碼:

#include <iostream>
#include<vector>
#include <algorithm>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
    
    clock_t begin, end;
    begin = clock();
    for (int i = 1; i <= 100; ++i)
    {
       
    }
    end = clock();
    cout << "100次循環(huán)所用時(shí)間:" << double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 << "ms" << endl;
       
    return 0;
}

示例為檢測二叉堆不同輸入一個(gè)一個(gè)插入所用時(shí)間(不能直接跑):

#include <iostream>
#include<vector>
#include <algorithm>
#include <ctime>
using namespace std;

int main()
{
    int num, mode;
    cout << "輸入大小和模式,其中模式1為正序,2為倒序,3位隨機(jī)" << endl;
    cout << "示例:1000 2" << endl;
    cin >> num >> mode;//輸入大小和模式,其中模式1為正序,2為倒序,3位隨機(jī)
    BinaryHeap<int> heap1,heap2;
    clock_t begin, end;
    switch (mode)
    {
    case 1://正序
        begin = clock();
        for (int i = 1; i <= num; ++i)
        {
            heap1.insert(i);
        }
        end = clock();
        cout << "一個(gè)一個(gè)正序插入所用時(shí)間:" << double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 << "ms" << endl;
        break;
    case 2://倒序
        begin = clock();
        for (int i = num; i >= 1; --i)
        {
            heap1.insert(i);
        }
        end = clock();
        cout << "一個(gè)一個(gè)倒序插入所用時(shí)間:" << double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 << "ms" << endl;
        break;
    case 3://正倒序交叉模擬隨機(jī)
        begin = clock();
        for (int i = 1; i<num/2; ++i)
        {
            heap1.insert(i);
            heap1.insert(num - i);
        }
        end = clock();
        cout << "一個(gè)一個(gè)隨機(jī)插入所用時(shí)間:" << double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 << "ms" << endl;
        break;
    default:
        break;
    }
  
 
    return 0;
}

1.2 GetTickCount()函數(shù) (Windows API)

GetTickCount返回(retrieve)從操作系統(tǒng)啟動(dòng)所經(jīng)過(elapsed)的毫秒數(shù),它的返回值是DWORD。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#include<iostream>
#pragma comment(lib, "winmm.lib") //告訴編譯器要導(dǎo)入winmm庫,有時(shí)候可刪

int main()
{
    DWORD t1, t2;
    t1 = GetTickCount();
    for(int i=1;i<=10000;++i)
    {
        
    }//do something
    t2 = GetTickCount();
    //printf("Use Time:%f\n", (t2 - t1) * 1.0);
    cout<<"Use Time:"<<(double)(t2-t1)<<"ms"<<endl;
    return 0;
}

1.3 timeGetTime()函數(shù)(Windows API)

以毫秒計(jì)的系統(tǒng)時(shí)間,該時(shí)間為從系統(tǒng)開啟算起所經(jīng)過的時(shí)間。在使用timeGetTime之前應(yīng)先包含頭文件#include <Mmsystem.h>或#include <Windows.h>并在project->settings->link->Object/library modules中添加winmm.lib。也可以在文件頭部添加 #pragma comment( lib,"winmm.lib" )。

備注:命令行:#pragma comment( lib,"xxx.lib" )時(shí)預(yù)編譯處理指令,讓vc將winmm.lib添加到工程中去進(jìn)行編譯。

//#include<stdio.h>
#include<windows.h>
#include<iostream>
#pragma comment( lib,"winmm.lib" )

int main()
{
    DWORD t1, t2;
    t1 = timeGetTime();
    foo();//do something
    t2 = timeGetTime();
    //printf("Use Time:%f\n", (t2 - t1)*1.0 / 1000);
    cout<<"Use Time:"<<(double)(t2-t1)<<"ms"<<endl;
    return 0;
}

該函數(shù)的時(shí)間精度是五毫秒或更大一些,這取決于機(jī)器的性能??捎胻imeBeginPeriod和timeEndPeriod函數(shù)提高timeGetTime函數(shù)的精度。如果使用了,連續(xù)調(diào)用timeGetTime函數(shù),一系列返回值的差異由timeBeginPeriod和timeEndPeriod決定。也可以用timeGetTime實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能Delay

void Delay(DWORD delayTime)
{
  DWORD delayTimeBegin;
  DWORD delayTimeEnd;
  delayTimeBegin=timeGetTime();
  do
  {    
  	delayTimeEnd=timeGetTime();
  }while((delayTimeEnd-delayTimeBegin)<delayTime)
}

1.4 timeval結(jié)構(gòu)體(Linux)

timeval結(jié)構(gòu)體

#include <sys/time.h> 
#include <iostream> 
#include <time.h> 
double get_wall_time() 
{ 
  struct timeval time ; 
  if (gettimeofday(&time,NULL)){ 
    return 0; 
  } 
  return (double)time.tv_sec + (double)time.tv_usec * .000001; 
} 
 
int main() 
{ 
  unsigned int t = 0; 
  double start_time = get_wall_time() 
  while(t++<10e+6); 
  double end_time = get_wall_time() 
  std::cout<<"循環(huán)耗時(shí)為:"<<end_time-start_time<<"ms"; 
  return 0; 
} 

2.微秒級(jí)精度

QueryPerformanceCounter()函數(shù)和QueryPerformanceFrequency()函數(shù)(Windows API)

QueryPerformanceFrequency()函數(shù)返回高精確度性能計(jì)數(shù)器的值,它可以以微妙為單位計(jì)時(shí),但是QueryPerformanceCounter()確切的精確計(jì)時(shí)的最小單位是與系統(tǒng)有關(guān)的,所以,必須要查詢系統(tǒng)以得到QueryPerformanceCounter()返回的嘀噠聲的頻率。QueryPerformanceFrequency()提供了這個(gè)頻率值,返回每秒嘀噠聲的個(gè)數(shù)。

//#include<stdio.h>
#include<iostream>
#include<windows.h>
#pragma comment( lib,"winmm.lib" )

int main()
{
    LARGE_INTEGER t1, t2, tc;
    QueryPerformanceFrequency(&tc);
    QueryPerformanceCounter(&t1);
    foo();//do something
    QueryPerformanceCounter(&t2);
    //printf("Use Time:%f\n", (t2.QuadPart - t1.QuadPart)*1.0 / tc.QuadPart);
    cout << "Use Time:" << (double)((t2.QuadPart - t1.QuadPart) * 1000000.0 / tc.QuadPart) << "μs" << endl;
    return 0;
}

封裝好的易于調(diào)用的代碼:

//MyTimer.h// 
#ifndef __MyTimer_H__  
#define __MyTimer_H__  
#include <windows.h>  
 
class MyTimer 
{ 
private: 
  int _freq; 
  LARGE_INTEGER _begin; 
  LARGE_INTEGER _end; 
 
public: 
  long costTime;      // 花費(fèi)的時(shí)間(精確到微秒)  
 
public: 
  MyTimer() 
  { 
    LARGE_INTEGER tmp; 
    QueryPerformanceFrequency(&tmp);//QueryPerformanceFrequency()作用:返回硬件支持的高精度計(jì)數(shù)器的頻率。  
 
    _freq = tmp.QuadPart; 
    costTime = 0; 
  } 
 
  void Start()      // 開始計(jì)時(shí)  
  { 
    QueryPerformanceCounter(&_begin);//獲得初始值  
  } 
 
  void End()        // 結(jié)束計(jì)時(shí)  
  { 
    QueryPerformanceCounter(&_end);//獲得終止值  
    costTime = (long)((_end.QuadPart - _begin.QuadPart) * 1000000 / _freq); 
  } 
 
  void Reset()      // 計(jì)時(shí)清0  
  { 
    costTime = 0; 
  } 
}; 
#endif  
 
//main.cpp 
#include "MyTimer.h" 
#include <iostream> 
 
 
int main() 
{ 
  MyTimer timer; 
  unsigned int t = 0;  
  timer.Start(); 
  while (t++ < 10e+5); 
  timer.End();  
  std::cout << "耗時(shí)為:" << timer.costTime << "us"; 
  return 0 ; 
} 

3.納秒級(jí)精度

要先獲取CPU頻率。

在Intel Pentium以上級(jí)別的CPU中,有一個(gè)稱為“時(shí)間戳(Time Stamp)”的部件,它以64位無符號(hào)整型數(shù)的格式,記錄了自CPU上電以來所經(jīng)過的時(shí)鐘周期數(shù)。由于目前的CPU主頻都非常高,因此這個(gè)部件可以達(dá)到納秒級(jí)的計(jì)時(shí)精度。這個(gè)精確性是上述幾種方法所無法比擬的.在Pentium以上的CPU中,提供了一條機(jī)器指令RDTSC(Read Time Stamp Counter)來讀取這個(gè)時(shí)間戳的數(shù)字,并將其保存在EDX:EAX寄存器對(duì)中。由于EDX:EAX寄存器對(duì)恰好是Win32平臺(tái)下C++語言保存函數(shù)返回值的寄存器,所以我們可以把這條指令看成是一個(gè)普通的函數(shù)調(diào)用,因?yàn)镽DTSC不被C++的內(nèi)嵌匯編器直接支持,所以我們要用_emit偽指令直接嵌入該指令的機(jī)器碼形式0X0F、0X31。

inline unsigned __int64 GetCycleCount()
{
    __asm
    {
        _emit 0x0F;
        _emit 0x31;
    }
}

void test()
{
    unsigned long t1,t2;
    t1 = (unsigned long)GetCycleCount();
    foo();//dosomething
    t2 = (unsigned long)GetCycleCount();
    printf("Use Time:%f\n",(t2 - t1)*1.0/FREQUENCY);   //FREQUENCY指CPU的頻率
}

下面為獲取CPU精度的代碼

#include<Windows.h>
LONGLONG GetFrequency(DWORD sleepTime) //獲取CPU主頻

{

    DWORD low1 = 0, high1 = 0, low2 = 0, high2 = 0;

    LARGE_INTEGER fq, st, ed;

    /*在定時(shí)前應(yīng)該先調(diào)用QueryPerformanceFrequency()函數(shù)獲得機(jī)器內(nèi)部計(jì)時(shí)器的時(shí)鐘頻率。接著在

需要嚴(yán)格計(jì)時(shí)的事件發(fā)生前和發(fā)生之后分別調(diào)用QueryPerformanceCounter(),利用兩次獲得的技術(shù)

之差和時(shí)鐘的頻率,就可以計(jì)算出時(shí)間經(jīng)歷的精確時(shí)間。*/

    ::QueryPerformanceFrequency(&fq); //精確計(jì)時(shí)(返回硬件支持的高精度計(jì)數(shù)器的頻率)

    ::QueryPerformanceCounter(&st); //獲得起始時(shí)間

    __asm { //獲得當(dāng)前CPU的時(shí)間數(shù)

rdtsc

mov low1, eax

mov high1, edx

    }

    ::Sleep(sleepTime); //將線程掛起片刻

    ::QueryPerformanceCounter(&ed); //獲得結(jié)束時(shí)間

    __asm {
rdtsc //讀取CPU的時(shí)間戳計(jì)數(shù)器

mov low2, eax

mov high2, edx

    }

    //將CPU得時(shí)間周期數(shù)轉(zhuǎn)化成64位整數(shù)

    LONGLONG begin = (LONGLONG)high1 << 32 | low1;

    LONGLONG end = (LONGLONG)high2 << 32 | low2;

    //將兩次獲得的CPU時(shí)間周期數(shù)除以間隔時(shí)間,即得到CPU的頻率

    //由于windows的Sleep函數(shù)有大約15毫秒的誤差,故以windows的精確計(jì)時(shí)為準(zhǔn)

    return (end - begin) * fq.QuadPart / (ed.QuadPart - st.QuadPart);
}

4.利用chrono的各精度集成版(本質(zhì)微秒)

4.1 chrono庫介紹

函數(shù)原型:

template <class Clock, class Duration = typename Clock::duration>
  class time_point;

std::chrono::time_point 表示一個(gè)具體時(shí)間

第一個(gè)模板參數(shù)Clock用來指定所要使用的時(shí)鐘,在標(biāo)準(zhǔn)庫中有三種時(shí)鐘,分別為:

  • system_clock:當(dāng)前系統(tǒng)范圍(即對(duì)各進(jìn)程都一致)的一個(gè)實(shí)時(shí)的日歷時(shí)鐘(wallclock)
  • steady_clock:當(dāng)前系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)維定時(shí)鐘,該時(shí)鐘的每個(gè)時(shí)間嘀嗒單位是均勻的(即長度相等)。
  • high_resolution_clock:當(dāng)前系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)高分辨率時(shí)鐘。

第二個(gè)模板函數(shù)參數(shù)用來表示時(shí)間的計(jì)量單位(特化的std::chrono::duration<> )

時(shí)間點(diǎn)都有一個(gè)時(shí)間戳,即時(shí)間原點(diǎn)。chrono庫中采用的是Unix的時(shí)間戳1970年1月1日 00:00。所以time_point也就是距離時(shí)間戳(epoch)的時(shí)間長度(duration)。

4.2 代碼示例

#include <iostream>
#include <chrono>
 
using namespace std;
using namespace std::chrono;
 
class TimerClock
{
public:
 TimerClock()
 {
  update();
 }
 
 ~TimerClock()
 {
 }
 
 void update()
 {
  _start = high_resolution_clock::now();
 }
 //獲取秒
 double getTimerSecond()
 {
  return getTimerMicroSec() * 0.000001;
 }
 //獲取毫秒
 double getTimerMilliSec()
 {
  return getTimerMicroSec()*0.001;
 }
 //獲取微妙
 long long getTimerMicroSec()
 {
  //當(dāng)前時(shí)鐘減去開始時(shí)鐘的count
  return duration_cast<microseconds>(high_resolution_clock::now() - _start).count();
 }
private:
 time_point<high_resolution_clock>_start;
};
 
//測試的主函數(shù)
int main()
{
 TimerClock TC;
 int sum = 0;
 TC.update();
 for (int i = 0; i > 100000; i++)
 {
  sum++;
 }
 cout << "cost time:" << TC.getTimerMilliSec() <<"ms"<< endl;
 cout << "cost time:" << TC.getTimerMicroSec() << "us" << endl;
 
 return 0;
}

5.秒級(jí)精度

單純以備不時(shí)之需,沒人用吧。

time() 函數(shù)

在頭文件time.h中,time()獲取當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間,只能精確到秒,返回的結(jié)果是一個(gè)time_t類型,其使用方法如下:

#include <time.h>   
#include <stdio.h>   

int main()
 {  
     time_t first, second;  
     first=time(NULL);  
     delay(2000);  
     second=time(NULL);  
     printf("The difference is: %f seconds",difftime(second,first));  //調(diào)用difftime求出時(shí)間差
     return 0;   
}

到此這篇關(guān)于C++算法計(jì)時(shí)器的實(shí)現(xiàn)示例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++算法計(jì)時(shí)器內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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