C++高精度計時的幾種方法總結(jié)(測試函數(shù)運行時間)
一、clock()函數(shù)——毫妙級
C系統(tǒng)調(diào)用方法，所需頭文件ctime/time.h，即windows和linux都可以使用。
1、clock()返回類型為clock_t類型
2、clock_t實際為long 類型， typedef long clock_t
3、clock() 函數(shù)，返回從 開啟這個程序進程 到 程序中調(diào)用clock（）函數(shù) 時之間的CPU時鐘計時單元（clock tick）數(shù)（掛鐘時間），返回單位是毫秒
4、可以用常量CLOCKS_PER_SEC， 這個常量表示每一秒（per second）有多少個時鐘計時單元
#include <time.h> //引入頭文件
void time1()
{
clock_t start, end;
start = clock();
fun(); //需計時的函數(shù)
end = clock();
cout << "elapsed time in clock = " << double(end - start) << "ms" << endl;
}
二、GetTickCount()函數(shù)（精度16ms左右）——毫妙級
GetTickCount()是一個Windows API，所需頭文件為<windows.h>。是通過計算從函數(shù)開始運行計時，直到函數(shù)運行結(jié)束所求出函數(shù)的運行時間。它返回從操作系統(tǒng)啟動所經(jīng)過的毫秒數(shù)，
此處需要注意的是，這個函數(shù)所求的的運行時間并非準確運行時間，不過相對來說比較準確，它的精度和CPU有關，一般精度在16ms左右，由于GetTickCount()返回值以32位的雙字類型DWORD存儲，所以它的存儲最大值是(2^32-1) ms約為49.71天，一旦一個程序運行時間超過這個值，這個數(shù)字就會歸為0。
#include <windows.h> //引入頭文件
void time2()
{
DWORD t1, t2;
t1 = GetTickCount();
fun(); //需計時的函數(shù)
t2 = GetTickCount();
cout << "elapsed time in GetTickCount = " << double(t2 - t1) << "ms" << endl;
}
三、高精度時控函數(shù)QueryPerformanceCounter()——微妙級
原理：這里使用高精度時控函數(shù)QueryPerformanceFrequency()，QueryPerformanceCounter()
它們是兩個精度很高的函數(shù)，精度單位為微秒。使用QueryPerformanceCounter()即可獲取這個高精度計時器的值，但是由于機器的原因，它們實際上的精度會大幅度受到機器運作的影響，則必須向系統(tǒng)查詢它們確切的運作頻率QueryPerformanceFrequency()函數(shù)提供了這個功能，可以通過這一個函數(shù)來獲取高精度計時器的運作頻率（在一秒鐘之內(nèi)它的運作次數(shù)），用兩次調(diào)用QueryPerformanceCounter()函數(shù)的結(jié)果做差除以QueryPerformanceFrequency()的運作頻率即可求出在兩次“時間獲取”之間所經(jīng)過的時間。在其中放入想要測量時間的算法代碼，就可以得知算法的運行時長。
精度： 計算機獲取硬件支持，精度比較高，可以通過它判斷其他時間函數(shù)的精度范圍。
//QueryPerformanceCounter()是一個Windows API，所需頭文件為<windows.h>
#include <windows.h> //引入頭文件
void time3()
{
LARGE_INTEGER t1, t2, tc;
QueryPerformanceFrequency(&tc);
QueryPerformanceCounter(&t1);
fun(); //需計時的函數(shù)
QueryPerformanceCounter(&t2);
double time = (double)(t2.QuadPart - t1.QuadPart) / (double)tc.QuadPart;
cout << "elapsed time in QuadPart = " << time * 1000 << "ms" << endl;
}
四、高精度計時chrono函數(shù)——納妙級
C++11 中的 chrono 庫提供了精度最高為納秒級的計時接口。由于是標準庫中提供的功能，所以可以很好地跨平臺使用。
下面來看一段使用 chrono 進行高精度計時的示例代碼:
#include <iostream>
#include <chrono>
void time4()
{
// 計時開始時間點
// chrone 中常用的時鐘類:
// - std::chrono::high_resolution_clock
// - std::chrono::system_clock
// - std::chrono::steady_clock
// 三種時鐘類有一些區(qū)別，其中 high_resolution_clock 精度最高
auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
// 要計時的代碼段
fun();
// 計時結(jié)束時間點
auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
// 計算運行時間, 時間單位:
// - std::chrono::seconds
// - std::chrono::milliseconds
// - std::chrono::microseconds
// - std::chrono::nanoseconds
auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds> (end - start);
// 輸出時間(給定時間單位)
cout << "elapsed time in chrono = " << duration.count()/1000.0 << "ms" << endl;
}
其中，microseconds 表示微妙。除此之外，還有五種時間單位：hours, minutes, seconds, milliseconds, nanoseconds.
五、幾種計時比較
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <time.h>
#include <windows.h>
using namespace std;
void fun()
{
// 睡眠100ms
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
}
void compareTime()
{
LARGE_INTEGER t1, t2, tc;
QueryPerformanceFrequency(&tc);
clock_t start, end;
DWORD t11, t12;
start = clock();
t11 = GetTickCount();
QueryPerformanceCounter(&t1);
auto start1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
fun(); //需計時的函數(shù)
end = clock();
t12 = GetTickCount();
QueryPerformanceCounter(&t2);
auto end1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
double time = (double)(t2.QuadPart - t1.QuadPart) / (double)tc.QuadPart;
auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds> (end1 - start1);
cout << "elapsed time in clock = " << double(end - start) << "ms" << endl;
cout << "elapsed time in GetTickCount = " << double(t12 - t11) << "ms" << endl;
cout << "elapsed time in QuadPart = " << time * 1000 << "ms" << endl;
cout << "elapsed time in chrono = " << duration.count() / 1000.0 << "ms" << endl;
}
六、linux下的計時函數(shù)gettimeofday()-未測試
gettimeofday() linux環(huán)境下的計時函數(shù)，int gettimeofday ( struct timeval * tv , struct timezone * tz ),gettimeofday()會把目前的時間由tv所指的結(jié)構(gòu)返回，當?shù)貢r區(qū)的信息則放到tz所指的結(jié)構(gòu)中.
//timeval結(jié)構(gòu)定義為:
struct timeval{
long tv_sec; /*秒*/
long tv_usec; /*微秒*/
};
//timezone 結(jié)構(gòu)定義為:
struct timezone{
int tz_minuteswest; /*和Greenwich 時間差了多少分鐘*/
int tz_dsttime; /*日光節(jié)約時間的狀態(tài)*/
};
這個函數(shù)獲取從1970年1月1日到現(xiàn)在經(jīng)過的時間和時區(qū)（UTC時間），（按照linux的官方文檔，時區(qū)已經(jīng)不再使用，正常應該傳NULL）。
調(diào)用代碼：
#include <sys/time.h> //引入頭文件
int main()
{
struct timeval t1,t2;
double timeuse;
gettimeofday(&t1,NULL);
fun();
gettimeofday(&t2,NULL);
timeuse = (t2.tv_sec - t1.tv_sec) + (double)(t2.tv_usec - t1.tv_usec)/1000000.0;
cout<<"time = "<<timeuse<<endl; //輸出時間（單位：ｓ）
}
參考文獻
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