【 63】C++的计时

计时对很多事情都很有用，不管你是希望某些事情在特定时间发生，还是只是评估性能或做基准测试，看看你的代码运行得有多快，你都需要知道应用程序实际运行时间。有几种方法可以做到这一点。

C++11之后，我们有chrono，它是C++库的一部分，不需要去使用操作系统库。但在有chrono之前，如果想要高分辨率地的时间（一个非常精确的计时器），那么就需要使用操作系统库。例如在Windows中，我们有一个叫做QueryPerformanceCounter的东西，我们可以使用它来计时。

事实上，如果想要更多地控制计时，控制CPU的计时能力，那么就需要使用平台特定的库。在C++标准库，有一种与平台无关的方法，它可以计算出在执行代码时，代码之间经过了多长时间。这是chrono库的一部分功能。

在我们开始集成更多复杂的特性时，我们需要通过计时这种方法，来看代码优化所带来的时间上差异。

示例一：普通计时

#include 
#include 
#include 

int main()
{
    using namespace std::literals::chrono_literals;
    
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now(); //记录当前时间
    std::this_thread::sleep_for(1s);
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now(); //记录结束时间
    
    std::chrono::duration duration = end - begin; //记录经过了多长时间
    
    std::cout << duration.count() << "s" << std::endl; //输出运行时间
    
    std::cin.get();
}

以上使用chrono库用来进行高精度计时的例子，它几乎适用于所有平台。

类 std::chrono::high_resolution_clock 表示实现提供的拥有最小计次周期的时钟。它可以是 std::chrono::system_clock 或 std::chrono::steady_clock 的别名，或第三个独立时钟。

该程序的运行结果如下：

线程的睡眠时间不能保证是你告诉它的睡眠时间，而且计时本身也会有时间开销。所有程序运行的时间大约是1s。

示例二：用类来“包装”计时

#include 
#include 
#include 

struct Timer
{
    std::chrono::time_point start, end;
    std::chrono::duration duration;
    Timer()
    {
 		start = std::chrono::steady_clock::now(); //记录当前时间
    }
    ~Timer()
    {
		end = std::chrono::steady_clock::now(); //记录结束时间
    
    	duration = end - start; //记录经过了多长时间
    	float ms = duration.count() * 1000.0f;
    	std::cout << ms << "ms" << std::endl; //输出运行时间
    
    }
};

void Function()
{
    Timer timer; //开始计时
    for(int i =  0; i < 100; i ++)
        std::cout << "Hello" << std::endl;
}

int main()
{
    Function();
    return 0;
}

改程序的运行结果如下：

当我们在第28行去掉std::endl;时：

即：

#include 
#include 
#include 

struct Timer
{
    std::chrono::time_point start, end;
    std::chrono::duration duration;
    Timer()
    {
 		start = std::chrono::steady_clock::now(); //记录当前时间
    }
    ~Timer()
    {
		end = std::chrono::steady_clock::now(); //记录结束时间
    
    	duration = end - start; //记录经过了多长时间
    	float ms = duration.count() * 1000.0f;
    	std::cout << ms << "ms" << std::endl; //输出运行时间
    
    }
};

void Function()
{
    Timer timer; //开始计时
    for(int i =  0; i < 100; i ++)
        std::cout << "Hellon";
}

int main()
{
    Function();
    return 0;
}

很明显，程序快了很多。

注解：

high_resolution_clock 在不同标准库实现之间实现并不一致，尽量不要使用。通常它只是 std::chrono::steady_clock 或 std::chrono::system_clock 的别名——它是 system_clock 时不是单调的（即时间能后退），但具体实现取决于库或配置。例如：对于 gcc 的 libstdc++ 它是 system_clock ，对于 MSVC 它是 steady_clock ，而对于 clang 的 libc++ 它取决于配置。

通常用户应该直接使用 std::chrono::steady_clock 或 std::chrono::system_clock 代替 std::chrono::high_resolution_clock ：对时长度量使用 steady_clock ，对壁钟时间使用 system_clock 。