关于计时函数

在用C/C++写一些算法时，经常要分析程序或函数的性能，不可避免地要使用到计时函数。尤其是在做图像处理时，更是要细致到每个函数到底占用了多少时间，以此来作为进一步提高程序效率的依据。

在这儿大致总结一下用过的计时函数。

 

一、最常使用的time()和clock()

1、time()函数，头文件<time.h>，函数原型：time_t time(time_t * _Time);  time_t在VC6.0中定义为long型，在Visual Studio 2010中定义为__int64型，即64位整型（可能是为了防止到2038年1月18日19时14分07秒后清零的情况，64位整型可以表示到3001年1月 1日0时0分0秒（不包括该时间点）之前的时间）。参数为接收该函数返回值的变量的地址，返回值为从1970年1月1日0时0分0秒到当前系统时间所经过的秒数。

注：用C语言的方式输入输出时，64位整型变量的标识符为%I64d或%I64u（无符号）。

2、clock()函数，头文件也是<time.h>，函数原型：clock_t  clock(void);  clock_t定义为long型（VC和VS2010中都是）。返回值为该进程运行的滴答数。在<time.h>中定义了常量CLOCKS_PER_SEC表示每秒嘀嗒数，Windows下一般是1000，LINUX下一般是1000000。即Windows下clokc()的返回值可当作毫秒用，LINUX下可当作微秒用。（在LINUX下多线程时clock函数不稳定，可能是LINUX下线程实现机制的缘故）。

 

二、WindowsAPI中提供的GetTickCount()函数

GetTickCount()函数，定义在<WinBase.h>中，但需要包含<Windows.h>，否则会报错。没深入了解过Windows编程，故其具体原因不详。

函数原型：DWORD GetTickCount(void); DWORD定义为为long型。该函数返回从操作系统启动所经过的毫秒数。

注1：该函数并非实时发送，而是由系统每18ms发送一次，因此其最小精度为18ms。（VC6.0测试，在15-18毫秒之间，某篇论文上写到MSDN上关于该函数的时间精度说明为10-16毫秒之间）；

注2：该函数返回值以32位的双字类型DWORD存储，因此可以存储的最大值是2^32 ms约为49.71天，因此若系统运行时间超过49.71天时，这个数就会归0。在使用时需特别注意。尤其是在编写服务端程序时。

 

三、WindowsAPI中提供的QueryPerformanceCounter()和QueryPerformanceFrequency()函数

1、 QueryPerformanceCounter()函数，定义在<WinBase.h>中，需包含头文件<Windows.h>。

函数原型：BOOL QueryPerformanceCounter(LARGE_INTEGER *lpPerformanceCount );

返回值非零表示硬件支持高精度计数器，零表示不支持。

唯一的参数是被写入的LARGE_INTEGER变量的地址。LARGE_INTEGER是一个联合体，一般可直接引用其QuadPart成员即可，QuadPart定义为LONGLONG，即__int64型，64位整型变量。

该函数（如果硬件支持的话）将硬件的高精度计时器的值写入lpPerformanceCount指向的变量。在某事件前后两次调用该函数，计算差值即可得到计时器间隔。

2、QueryPerformanceFrequency()函数，定义在<WinBase.h>中，需包含头文件<Windows.h>。

函数原型：BOOL QueryPerformanceFrequency(LARGE_INTEGER *lpFrequency);

返回值同上，非零表示硬件支持高精度计数器，零表示不支持。

该函数将硬件支持的高精度计数器的频率写入lpFrequency指向的变量。

将两次调用QueryPerformanceCounter()函数的差值去除以频率，即可得到以秒为单位的时间间隔。

 

四、在使用OpenCV时，OpenCV中提供了两个用于计算时间的函数

1、cvGetTickCount()函数，定义在<core_c.h>中，一般包含<opencv.hpp>即可。

函数原型：int64 cvGetTickCount( void );

返回值为从依赖于平台的事件(从启动开始 CPU 的ticks 数目, 从1970年开始的微秒数目等等)开始的 tics 的数目。

2、cvGetTickFrequency()函数，定义在<core_c.h>中，一般包含<opencv.hpp>即可。

函数原型：double cvGetTickFrequency( void );

返回值为每个微秒的 tics 的数目。

结合使用cvGetTickCount()与cvGetTickFrequency()即可得到某事件消耗的时间。

 

五、C++11 中 std::chrono 模块中提供的计时函数

1、头文件 #include <chrono>

2、std::chrono::steady_clock::now()，std::chrono::system_clock::now()，std::chrono::high_resolution_clock::now()，返回 CPU 的 tick 数。第三个 high_resolution 一般会被 typedef 为前两者中的一个。第一个时钟可以保证单调，不会由于多核操作导致第二次调用的返回值比第一次小；第二个时钟是系统级的时钟，无论哪个进程在哪个核上调用，返回的都是同样的时间，但这个时间不保证是 steady 的，在夏令时/冬令时切换时，会出现非 steady 的情况。因此一般用 std::chrono::steady_clock 即可。参见：https://stackoverflow.com/questions/31552193/difference-between-steady-clock-vs-system-clock?lq=1

3、用法：

auto t_beg = std::chrono::steady_clock::now();
// do something...
auto t_end = std::chrono::steady_clock::now();
auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(t_end - t_beg);
std::cout << (static_cast<double>(duration.count()) * std::chrono::microseconds::period::num / std::chrono::microseconds::period::den) << " s" << std::endl;

 

 

附测试代码：

 

// TimeTest.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <Windows.h>
#include <opencv.hpp>

int main(int argc, char* argv[])
{
	// clock()测试
	clock_t c0 = clock();
	Sleep(1000);
	printf("clock: %ldms\n", clock() - c0);

	// GetTickCount()测试
	DWORD d0 = GetTickCount();
	Sleep(1000);
	printf("GetTickCount: %ldms\n", GetTickCount() - d0);

	// cvGetTickCount()测试
	int64 cv0 = cvGetTickCount();
	Sleep(1000);
	printf("cvGetTickCount: %gus\t", (cvGetTickCount() - cv0) / cvGetTickFrequency());
	printf("cvGetTickFrequency: %g tics/us\n", cvGetTickFrequency());

	// QueryPerformance()测试
	LARGE_INTEGER largeFrequency;
	if (0 == QueryPerformanceFrequency(&largeFrequency)) {
		printf("硬件不支持高精度时钟！\n");
	} else {
		LARGE_INTEGER largeTime0, largeTime1;
		QueryPerformanceCounter(&largeTime0);
		Sleep(1000);
		QueryPerformanceCounter(&largeTime1);
		printf("QueryPerformanceCounter: %I64ums\t", (largeTime1.QuadPart - largeTime0.QuadPart) * 1000 / largeFrequency.QuadPart);
		printf("QueryPerformanceFrequency: %I64u tics/s\n", largeFrequency.QuadPart);
	}

	return 0;
}

 

 

 

总结：

一般计时用time()函数即可，两次time(NULL)的返回值相减就是间隔的秒数，同时time_t的数据类型也方便用localtime()函数去转换成各种各样的格式输出；32位情况下，time_t大约可以计时到2106年。

若要计算程序运行时间，可以用clock()函数也很方便，可以得到毫秒数（LINUX下可能是微秒数）；32位情况下，若返回毫秒数，clock()函数可以计时49天。

同样，WindowsAPI中提供的函数QueryPerformanceFrequency()也可以返回毫秒数，计时49天。但这个函数不一定能用，需要先调用QueryPerformanceCounter()进行测试。所以感觉比较鸡肋。可能提供的精度要比clock()好一些。没测试过。

在用OpenCV编程时，用OpenCV的两个函数获得微秒级的时间间隔应该能满足要求；由于返回值是64位的整型，故可以计时585942年，这个一般情况下不会溢出。

若要更精确的控制时间，用QueryPerformanceCounter()函数可以算是最高精度的了。用两次得到的值作差，除以QueryPerformanceFrequency()两个Windows提供的函数，得到的是秒数，把被除数乘以1000可得到毫秒，再乘1000可得到微秒。因为返回的是double类型，所以精度基本可以得到保证。

 

另见：高性能计算下的精确时间处理问题