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基于C++實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)時(shí)器

更新時(shí)間：2024年02月04日 11:06:12 作者：草上爬

chrono是C++ 11中的時(shí)間庫(kù),它提供了跨平臺(tái)的高精度時(shí)鐘解決方案,精確到納秒級(jí),本文主要為大家詳細(xì)介紹了如何使用chrono實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)時(shí)器,感興趣的可以了解下

在調(diào)試程序的時(shí)候，有時(shí)需要知道程序語(yǔ)句執(zhí)行的耗時(shí)。特別是比較算法性能的時(shí)候，對(duì)耗時(shí)的精度要求較高。chrono是C++ 11中的時(shí)間庫(kù)，它提供了跨平臺(tái)的高精度時(shí)鐘解決方案，精確到納秒級(jí)。

一.時(shí)間點(diǎn)和時(shí)鐘

chrono庫(kù)頭文件中所有函數(shù)與類模板均定義在std::chrono命名空間中；

這里主要介紹時(shí)間點(diǎn)和時(shí)鐘兩個(gè)概念：

一般計(jì)時(shí)器就是從某個(gè)時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始，然后到某個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的計(jì)數(shù)，就是我們一般稱之為耗時(shí)。

1.時(shí)間點(diǎn)

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(lái)指定所要使用的時(shí)鐘，在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)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)穩(wěn)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(zhǎng)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(lái)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(kù)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(zhǎng)度（duration）。

2.時(shí)鐘

下面用demo測(cè)試一下上面三種時(shí)鐘的精度

#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std;
using namespace std::chrono;
int main()
{
    cout << "system clock          : ";
    cout << system_clock::period::num << "/" << system_clock::period::den << " s" << endl;
    cout << "steady clock          : ";
    cout << steady_clock::period::num << "/" << steady_clock::period::den << " s" << endl;
    cout << "high resolution clock : ";
    cout << high_resolution_clock::period::num << "/"
         << high_resolution_clock::period::den << " s" << endl;
 
    return 0;
}

可以看到在我的電腦上，這三種時(shí)鐘的精度是一樣的，都是1納秒。但一般來(lái)說(shuō)system_clock的精度是100納秒，而high_resolution的精度是1納秒，對(duì)于程序來(lái)說(shuō)，一般微秒級(jí)就夠了，所以說(shuō)chrono提供的時(shí)鐘精度綽綽有余。

二.計(jì)時(shí)器的實(shí)現(xiàn)

#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std;
using namespace std::chrono;
class HighResolutionClock
{
public:
    HighResolutionClock()
    {
        update();
    }
 
    ~HighResolutionClock()
    {
 
    }
 
    void update()
    {
        m_start = high_resolution_clock::now();
    }
    // 秒
    double getSecond()
    {
        return getMicroSec() * 0.000001;
    }
    // 毫秒
    double getMilliSec()
    {
        return getMicroSec()*0.001;
    }
    // 微妙
    long long getMicroSec()
    {
        // 如果你愿意，也可以用nanoseconds獲取納秒，其實(shí)微秒已經(jīng)夠用了
        return duration_cast<microseconds>(high_resolution_clock::now() - m_start).count();
    }
 
private:
    time_point<high_resolution_clock> m_start;
 
};
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    HighResolutionClock hrClock;
    int sum = 0;
    hrClock.update();
 
    for (int i = 0; i < 100000; i++)
    {
        sum++;
    }
 
    cout << "cost time: " << hrClock.getMilliSec() <<" ms"<< endl;
    cout << "cost time: " << hrClock.getMicroSec() <<" us" << endl;
    return 0;
 
}