C++中的计时器

最新推荐文章于 2025-04-02 17:02:11 发布

小玩龙

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分类专栏： C/C++ 文章标签： c++

原文链接：https://www.cnblogs.com/chmm/p/7461684.html

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本文详细介绍了在Windows和Linux系统中用于测量代码运行时间的不同方法，包括time()、clock()、timeGetTime()、QueryPerformanceCounter()、GetTickCount()、RDTSC指令以及gettimeofday()等。这些函数和指令的精度从秒到纳秒不等，适用于不同场景下的性能分析和优化。

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在调试代码的时候，很多时候需要用代码的运行时间来衡量代码的效率，看了网上已经有了很多关于计时的文章，自己学习的时候再进行一些整理吧。

1. time()函数

在头文件time.h中，time()获取当前的系统时间，只能精确到秒，返回的结果是一个time_t类型，其使用方法如下：

#include <time.h>   
#include <stdio.h>   

int main() {  
     time_t first, second;  
     first=time(NULL);  
     delay(2000);  
     second=time(NULL);  
     printf("The difference is: %f seconds",difftime(second,first));  //调用difftime求出时间差
     return 0;   
}

2. clock()函数

在头文件time.h中，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，在MSDN中称之为挂钟时间（wal-clock），常量CLOCKS_PER_SEC，它用来表示一秒钟会有多少个时钟计时单元，精确到毫秒，其使用方法如下:

#include<time.h>
#include<stdio.h>

int main()
{
    double dur;
    clock_t start,end;
    start = clock();
    foo();//dosomething
    end = clock();
    dur = (double)(end - start);
    printf("Use Time:%f\n",(dur/CLOCKS_PER_SEC));
}

3.timeGetTime()函数（Windows API）

时间精确到毫秒，以毫秒计的系统时间，该时间为从系统开启算起所经过的时间。在使用timeGetTime之前应先包含头文件＃include <Mmsystem.h>或＃include <Windows.h>并在project->settings->link->Object/library modules中添加winmm.lib。也可以在文件头部添加 #pragma comment( lib,"winmm.lib" )。

备注：命令行：#pragma comment( lib,"xxx.lib" )时预编译处理指令，让vc将winmm.lib添加到工程中去进行编译。

#include<stdio.h>
#include<windows.h>

#pragma comment( lib,"winmm.lib" )

int main()
{
    DWORD t1, t2;
    t1 = timeGetTime();
    foo();//do something
    t2 = timeGetTime();
    printf("Use Time:%f\n", (t2 - t1)*1.0 / 1000);
    return 0;
}

该函数的时间精度是五毫秒或更大一些，这取决于机器的性能。可用timeBeginPeriod和timeEndPeriod函数提高timeGetTime函数的精度。如果使用了，连续调用timeGetTime函数，一系列返回值的差异由timeBeginPeriod和timeEndPeriod决定。也可以用timeGetTime实现延时功能Delay

void Delay(DWORD delayTime)
{
　　DWORD delayTimeBegin;
　　DWORD delayTimeEnd;
　　delayTimeBegin=timeGetTime();
　　do
　　{　　　　delayTimeEnd=timeGetTime();
　　}while((delayTimeEnd-delayTimeBegin)<delayTime)
}

4.QueryPerformanceCounter()函数和QueryPerformanceFrequency()函数（Windows API）

　QueryPerformanceFrequency()函数返回高精确度性能计数器的值,它可以精确到微妙为单位计时，但是QueryPerformanceCounter()确切的精确计时的最小单位是与系统有关的,所以,必须要查询系统以得到QueryPerformanceCounter()返回的嘀哒声的频率。QueryPerformanceFrequency()提供了这个频率值,返回每秒嘀哒声的个数。

#include<stdio.h>
#include<windows.h>
#pragma comment( lib,"winmm.lib" )

int main()
{
    LARGE_INTEGER t1, t2, tc;
    QueryPerformanceFrequency(&tc);
    QueryPerformanceCounter(&t1);
    foo();//do something
    QueryPerformanceCounter(&t2);
    printf("Use Time:%f\n", (t2.QuadPart - t1.QuadPart)*1.0 / tc.QuadPart);
    return 0;
}

5.GetTickCount()函数(Windows API)

GetTickCount返回（retrieve）从操作系统启动所经过（elapsed）的毫秒数，计时精度精确到毫秒，它的返回值是DWORD。

#include<stdio.h>
#include<windows.h>
#pragma comment( lib,"winmm.lib" )

int main()
{
    DWORD t1, t2;
    t1 = GetTickCount();
    foo;//do something
    t2 = GetTickCount();
    printf("Use Time:%f\n", (t2 - t1)*1.0 / 1000);
    return 0;
}

6.RDTSC指令(Windows)

在Intel Pentium以上级别的CPU中，有一个称为“时间戳（Time Stamp）”的部件，它以64位无符号整型数的格式，记录了自CPU上电以来所经过的时钟周期数。由于目前的CPU主频都非常高，因此这个部件可以达到纳秒级的计时精度。这个精确性是上述几种方法所无法比拟的.在Pentium以上的CPU中，提供了一条机器指令RDTSC（Read Time Stamp Counter）来读取这个时间戳的数字，并将其保存在EDX:EAX寄存器对中。由于EDX:EAX寄存器对恰好是Win32平台下C++语言保存函数返回值的寄存器，所以我们可以把这条指令看成是一个普通的函数调用，因为RDTSC不被C++的内嵌汇编器直接支持，所以我们要用_emit伪指令直接嵌入该指令的机器码形式0X0F、0X31。

inline unsigned __int64 GetCycleCount()
{
    __asm
    {
        _emit 0x0F;
        _emit 0x31;
    }
}

void test6()
{
    unsigned long t1,t2;
    t1 = (unsigned long)GetCycleCount();
    foo();//dosomething
    t2 = (unsigned long)GetCycleCount();
    printf("Use Time:%f\n",(t2 - t1)*1.0/FREQUENCY);   //FREQUENCY指CPU的频率
}

获取CPU频率参考：http://blog.youkuaiyun.com/kofandlizi/article/details/6253801

7.gettimeofday() （Linux）

该调用可精度可以达到微秒, 且在x86-64平台gettimeofday()已不是系统调用,不会陷入内核, 多次调用不会有性能损失.

//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*/
};
void test()
{
    struct timeval t1,t2;
    double timeuse;
    gettimeofday(&t1,NULL);
    foo();
    gettimeofday(&t2,NULL);
    timeuse = t2.tv_sec - t1.tv_sec + (t2.tv_usec - t1.tv_usec)/1000000.0;
    printf("Use Time:%f\n",timeuse);
}

8.RDTSC指令计时（Linux）

该时间精度同windows的可以达到纳秒级精度。

#if defined (__i386__)
static __inline__ unsigned long long GetCycleCount(void)
{
        unsigned long long int x;
        __asm__ volatile("rdtsc":"=A"(x));
        return x;
}
#elif defined (__x86_64__)
static __inline__ unsigned long long GetCycleCount(void)
{
        unsigned hi,lo;
        __asm__ volatile("rdtsc":"=a"(lo),"=d"(hi));
        return ((unsigned long long)lo)|(((unsigned long long)hi)<<32);
}
#endif

void test8()
{
        unsigned long t1,t2;
        t1 = (unsigned long)GetCycleCount();
        foo();//dosomething
        t2 = (unsigned long)GetCycleCount();
        printf("Use Time:%f\n",(t2 - t1)*1.0/FREQUENCY); //FREQUENCY  CPU的频率
}

9.GetSystemTime / GetLocalTime(Windows)

　Windows SDK 中有两个精确到毫秒的获取当前时间的函数，可以获得毫秒级的精度：

　　　　GetSystemTime：获取 UTC 时间。

　　　　GetLocalTime：获取当地时间。

　　这两个函数的返回都是：SYSTEMTIME ，结构体占用了 16 个字节，它的定义如下：

typedef struct _SYSTEMTIME {
  WORD wYear;
  WORD wMonth;
  WORD wDayOfWeek;
  WORD wDay;
  WORD wHour;
  WORD wMinute;
  WORD wSecond;
  WORD wMilliseconds;
} SYSTEMTIME, *PSYSTEMTIME;

// GetSystemTime.cpp : Defines the entry point for the console application.
#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>

int _tmain(void)
{
    SYSTEMTIME utc_time = { 0 };
    SYSTEMTIME local_time = { 0 };

    GetSystemTime(&utc_time);
    GetLocalTime(&local_time);
    _tprintf(_T("The UTC time is \t: %02d:%02d:%02d.%03d\n"), utc_time.wHour, utc_time.wMinute, utc_time.wSecond, utc_time.wMilliseconds);
    _tprintf(_T("The local time is\t: %02d:%02d:%02d.%03d\n"), local_time.wHour, local_time.wMinute, local_time.wSecond, local_time.wMilliseconds);
    return 0;
}

10.GetSystemTimeAsFileTime

　究竟能不能达到 100 纳秒的精确度呢？在 Windows SDK 中有一个结构体：FILETIME，它可以记录精度达到 100ns 的时间。用哪个函数得到这个值呢？可以用 GetSystemTimeAsFileTime。但是，不要高兴得太早，虽

然 FILETIME 能够达到如此高的精度，但是这个函数我连试都懒得试。为什么呢？因为 Windows 系统并不是一个实时操作系统（Windows Embedded Compact 2013 是一个实时系统），其时钟精度一般认为是 15 ~ 16 毫秒。

Windows Sysinternals 给我们提供了一个查看你使用的 Windows 系统的时钟分辨率的小工具：ClockRes v2.0。把它下载下来在控制台中执行，结果如下：

看到了吧。死心了吧。所以说，用 GetSystemTime / GetLocalTime 就已经很好了。如果要获得真正毫秒级甚至更高精度的当前系统时间，必须跟 CPU 打交道，别无它法。先贴出代码吧：

#ifdef _WIN32
#include <windows.h>
#else
#include <time.h>
#endif  // _WIND32


// 定义64位整形
#if defined(_WIN32) && !defined(CYGWIN)
typedef __int64 int64_t;
#else
typedef long long int64t;
#endif  // _WIN32

// 获取系统的当前时间，单位微秒(us)
int64_t GetSysTimeMicros()
{
#ifdef _WIN32
// 从1601年1月1日0:0:0:000到1970年1月1日0:0:0:000的时间(单位100ns)
#define EPOCHFILETIME   (116444736000000000UL)
    FILETIME ft;
    LARGE_INTEGER li;
    int64_t tt = 0;
    GetSystemTimeAsFileTime(&ft);
    li.LowPart = ft.dwLowDateTime;
    li.HighPart = ft.dwHighDateTime;
    // 从1970年1月1日0:0:0:000到现在的微秒数(UTC时间)
    tt = (li.QuadPart - EPOCHFILETIME) /10;
    return tt;
#else
    timeval tv;
    gettimeofday(&tv, 0);
    return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + (int64_t)tv.tv_usec;
#endif // _WIN32
    return 0;
}