C++高精度计时方法总结（测试函数运行时间）

news2024/9/22 18:26:12

文章目录

- 一、clock()函数——毫妙级
- 二、GetTickCount()函数（精度16ms左右）——毫妙级
- 三、高精度时控函数QueryPerformanceCounter()——微妙级
- 四、高精度计时chrono函数——纳妙级
- 五、几种计时比较
- 六、linux下的计时函数gettimeofday()-未测试
- 参考文献

一、clock()函数——毫妙级

C系统调用方法，所需头文件ctime/time.h，即windows和linux都可以使用。

1、clock()返回类型为clock_t类型
2、clock_t实际为long 类型， typedef long clock_t
3、clock() 函数，返回从开启这个程序进程到程序中调用clock（）函数时之间的CPU时钟计时单元（clock tick）数（挂钟时间），返回单位是毫秒
4、可以用常量CLOCKS_PER_SEC，这个常量表示每一秒（per second）有多少个时钟计时单元

#include <time.h>　　　//引入头文件
void time1()
{
	clock_t start, end;
	start = clock();

	fun();  //需计时的函数

	end = clock();  
	cout << "elapsed time in clock = " << double(end - start) << "ms" << endl;  
}

二、GetTickCount()函数（精度16ms左右）——毫妙级

GetTickCount()是一个Windows API，所需头文件为<windows.h>。是通过计算从函数开始运行计时，直到函数运行结束所求出函数的运行时间。它返回从操作系统启动所经过的毫秒数，

此处需要注意的是，这个函数所求的的运行时间并非准确运行时间，不过相对来说比较准确，它的精度和CPU有关，一般精度在16ms左右，由于GetTickCount()返回值以32位的双字类型DWORD存储，所以它的存储最大值是(2^32-1) ms约为49.71天，一旦一个程序运行时间超过这个值，这个数字就会归为0。

#include <windows.h>　　　//引入头文件
void time2()
{
	DWORD t1, t2;
	t1 = GetTickCount();

	fun();  //需计时的函数

	t2 = GetTickCount();
	cout << "elapsed time in GetTickCount = " << double(t2 - t1) << "ms" << endl;
}

三、高精度时控函数QueryPerformanceCounter()——微妙级

原理：
这里使用高精度时控函数QueryPerformanceFrequency()，QueryPerformanceCounter()
它们是两个精度很高的函数，精度单位为微秒。使用QueryPerformanceCounter()即可获取这个高精度计时器的值，但是由于机器的原因，它们实际上的精度会大幅度受到机器运作的影响，则必须向系统查询它们确切的运作频率QueryPerformanceFrequency()函数提供了这个功能，可以通过这一个函数来获取高精度计时器的运作频率（在一秒钟之内它的运作次数），用两次调用QueryPerformanceCounter()函数的结果做差除以QueryPerformanceFrequency()的运作频率即可求出在两次“时间获取”之间所经过的时间。在其中放入想要测量时间的算法代码，就可以得知算法的运行时长。

精度： 计算机获取硬件支持，精度比较高，可以通过它判断其他时间函数的精度范围。

//QueryPerformanceCounter()是一个Windows API，所需头文件为<windows.h>
#include <windows.h>　　　//引入头文件
void time3()
{
	LARGE_INTEGER t1, t2, tc;
	QueryPerformanceFrequency(&tc);
	QueryPerformanceCounter(&t1);

	fun();  //需计时的函数

	QueryPerformanceCounter(&t2);
	double time = (double)(t2.QuadPart - t1.QuadPart) / (double)tc.QuadPart;
	cout << "elapsed time in QuadPart = " << time * 1000 << "ms" << endl;
}

四、高精度计时chrono函数——纳妙级

C++11 中的 chrono 库提供了精度最高为纳秒级的计时接口。由于是标准库中提供的功能，所以可以很好地跨平台使用。

下面来看一段使用 chrono 进行高精度计时的示例代码:

#include <iostream>
#include <chrono>
void time4()
{
	// 计时开始时间点
	// chrone 中常用的时钟类:
	// 		- std::chrono::high_resolution_clock
	//   	- std::chrono::system_clock
	//      - std::chrono::steady_clock
	// 三种时钟类有一些区别，其中 high_resolution_clock 精度最高
	auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();

	// 要计时的代码段
	fun();  
	// 计时结束时间点
	auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();

	// 计算运行时间, 时间单位:
	//      - std::chrono::seconds
	//      - std::chrono::milliseconds
	//      - std::chrono::microseconds
	//      - std::chrono::nanoseconds
	auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds> (end - start);

	// 输出时间(给定时间单位)
	cout << "elapsed time in chrono = " << duration.count()/1000.0 << "ms" << endl;
}

其中，microseconds 表示微妙。除此之外，还有五种时间单位：hours, minutes, seconds, milliseconds, nanoseconds.

五、几种计时比较

#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();  //需计时的函数

	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;
}

在这里插入图片描述

六、linux下的计时函数gettimeofday()-未测试

gettimeofday() linux环境下的计时函数，int gettimeofday ( struct timeval * tv , struct timezone * tz ),gettimeofday()会把目前的时间由tv所指的结构返回，当地时区的信息则放到tz所指的结构中.

//timeval结构定义为:
struct timeval{
long tv_sec; /*秒*/
long tv_usec; /*微秒*/
};
//timezone 结构定义为:
struct timezone{
int tz_minuteswest; /*和Greenwich 时间差了多少分钟*/
int tz_dsttime; /*日光节约时间的状态*/
};

这个函数获取从1970年1月1日到现在经过的时间和时区（UTC时间），（按照linux的官方文档，时区已经不再使用，正常应该传NULL）。

调用代码：

#include <sys/time.h>　　　//引入头文件
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;  //输出时间（单位：ｓ）
}