C++ 跨平台高分辨率计时器
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【中文标题】C++ 跨平台高分辨率计时器【英文标题】：C++ Cross-Platform High-Resolution Timer 【发布时间】：2010-12-02 01:00:52 【问题描述】：我希望在 C++ 中实现一个简单的计时器机制。该代码应该可以在 Windows 和 Linux 中运行。分辨率应尽可能精确（至少毫秒精度）。这将用于简单地跟踪时间的流逝，而不是实现任何类型的事件驱动设计。完成此任务的最佳工具是什么？
【问题讨论】：
更具体。您是在计时函数调用还是希望在指定时间段后接收某种信号。这些都是“简单”的计时器应用程序，但它们的实现方式非常不同。请注意，引号中“简单”的使用：通用计算机中的计时从来都不是“简单”。 C版***.com/questions/361363/… 【参考方案1】：旧问题的更新答案：
在 C++11 中，您可以通过以下方式轻松获得最高分辨率的计时器：
#include <iostream>
#include <chrono>
#include "chrono_io"
int main()
typedef std::chrono::high_resolution_clock Clock;
auto t1 = Clock::now();
auto t2 = Clock::now();
std::cout << t2-t1 << '\n';
示例输出：
74 nanoseconds
“chrono_io”是缓解这些新类型的 I/O 问题的扩展，可免费使用here。
在 boost 中还有一个<chrono> 的实现（可能仍在主干上，不确定它是否已发布）。
更新
这是对 Ben 在下面的评论的回应，即后续调用 std::chrono::high_resolution_clock 在 VS11 中需要几毫秒。以下是<chrono> 兼容的解决方法。但是它只适用于 Intel 硬件，您需要使用内联汇编（执行此操作的语法因编译器而异），并且您必须将机器的时钟速度硬连线到时钟中：
#include <chrono>
struct clock
typedef unsigned long long rep;
typedef std::ratio<1, 2800000000> period; // My machine is 2.8 GHz
typedef std::chrono::duration<rep, period> duration;
typedef std::chrono::time_point<clock> time_point;
static const bool is_steady = true;
static time_point now() noexcept
unsigned lo, hi;
asm volatile("rdtsc" : "=a" (lo), "=d" (hi));
return time_point(duration(static_cast<rep>(hi) << 32 | lo));
private:
static
unsigned
get_clock_speed()
int mib[] = CTL_HW, HW_CPU_FREQ;
const std::size_t namelen = sizeof(mib)/sizeof(mib[0]);
unsigned freq;
size_t freq_len = sizeof(freq);
if (sysctl(mib, namelen, &freq, &freq_len, nullptr, 0) != 0)
return 0;
return freq;
static
bool
check_invariants()
static_assert(1 == period::num, "period must be 1/freq");
assert(get_clock_speed() == period::den);
static_assert(std::is_same<rep, duration::rep>::value,
"rep and duration::rep must be the same type");
static_assert(std::is_same<period, duration::period>::value,
"period and duration::period must be the same type");
static_assert(std::is_same<duration, time_point::duration>::value,
"duration and time_point::duration must be the same type");
return true;
static const bool invariants;
;
const bool clock::invariants = clock::check_invariants();
所以它不是便携式的。但是，如果您想在自己的英特尔硬件上试验高分辨率时钟，没有比这更好的了。尽管预先警告，今天的时钟速度可以动态变化（它们并不是真正的编译时间常数）。使用多处理器机器，您甚至可以从不同的处理器获取时间戳。但是，在我的硬件上进行的实验仍然运行良好。如果您被毫秒分辨率困扰，这可能是一种解决方法。
根据您的 cpu 时钟速度（如您报告的那样），此时钟具有持续时间。 IE。对我来说，这个时钟每 1/2,800,000,000 秒滴答一次。如果您愿意，您可以将其转换为纳秒（例如）：
using std::chrono::nanoseconds;
using std::chrono::duration_cast;
auto t0 = clock::now();
auto t1 = clock::now();
nanoseconds ns = duration_cast<nanoseconds>(t1-t0);
转换将截断 CPU 周期的一部分以形成纳秒。其他舍入模式也是可能的，但这是另一个主题。
对我来说，这将返回低至 18 个时钟滴答的持续时间，截断为 6 纳秒。
我在上面的时钟中添加了一些“不变检查”，其中最重要的是检查clock::period 是否适用于机器。同样，这不是可移植的代码，但如果你使用这个时钟，你已经承诺了。此处显示的私有 get_clock_speed() 函数获取 OS X 上的最大 cpu 频率，这应该与 clock::period 的常数分母相同。
当您将此代码移植到新机器上而忘记将clock::period 更新为新机器的速度时，添加它可以为您节省一点调试时间。所有检查都在编译时或程序启动时完成。所以至少不会影响clock::now()的性能。
【讨论】：
不幸的是，在 Visual Studio 11 中，high_resolution_clock 的最短非零间隔是几毫秒。
我花了几秒钟才下沉……在时钟速度只有几分之一纳秒的平台上需要数百万纳秒。哇！！！我希望看到可以测量几分之一纳秒的平台。我认为我几十纳秒的结果并不令人印象深刻。
有人知道在编译时获取 CPU 频率的方法吗？另外......这些天，cpu频率不能在运行时改变，涡轮模式等等？也许这会使这种方法无效？不过，我确实需要一个像样的 VS11 计时器，呃。
@Dave：是的，cpu 频率可以动态变化（我在答案中说明了这一点）。我在使用它时的实验通常是围绕我要测量的东西的一个紧密循环。如此紧密的循环，至少对于我的平台而言，通常会将 cpu 频率提升到最大值，并且该最大值通常是编译时间常数（从 cpu 规范中读取）。因此，对于这种基准测试，这可能是一种有效的技术。但显然这不是通用用途。这不是我建议运送的东西。仅用于调查目的。
我在使用 VS2017 的 Windows 上获得了 600-1200 纳秒，它似乎正在使用高性能计时器。所以看来这个1ms分辨率的问题已经不是问题了。【参考方案2】：
对于 C++03：
Boost.Timer 可能有效，但它取决于 C 函数 clock，因此可能对您来说分辨率不够。
Boost.Date_Time 包含一个ptime class，以前在 Stack Overflow 上推荐过。请参阅 microsec_clock::local_time 和 microsec_clock::universal_time 上的文档，但请注意“Win32 系统通常无法通过此 API 实现微秒级分辨率”。
STLsoft 提供围绕操作系统特定 API 的精简跨平台（Windows 和 Linux/Unix）C++ 包装器。它的performance library 有几个类可以满足您的需要。 （要使其跨平台，请选择在 winstl 和 unixstl 命名空间中都存在的类似 performance_counter 的类，然后使用与您的平台匹配的任何命名空间。）
对于 C++11 及以上版本：
std::chrono 库内置了此功能。有关详细信息，请参阅 @HowardHinnant 的 this answer。
【讨论】：
由于这是一个著名的问题/答案，因此更新可能会很棒。具体来说，这可以使用现代 C++ 功能以标准且可移植的方式实现，例如<chrono> 和 <thread>?如果可能，怎么做？【参考方案3】：
Matthew Wilson 的STLSoft libraries 提供多种计时器类型，具有一致的接口，因此您可以即插即用。其中包括低成本但低分辨率的定时器，以及高分辨率但高成本的定时器。还有一些用于测量预线程时间和用于测量每个进程的时间，以及所有用于测量经过时间的工具。
几年前有一个详尽的article covering it in Dr. Dobb's，虽然它只涵盖Windows，那些在WinSTL 子项目中定义的。 STLSoft 还在 UNIXSTL 子项目中提供了 UNIX 定时器，您可以使用“PlatformSTL”一种，其中包括 UNIX 或 Windows 一种，如：
#include <platformstl/performance/performance_counter.hpp>
#include <iostream>
int main()
platformstl::performance_counter c;
c.start();
for(int i = 0; i < 1000000000; ++i);
c.stop();
std::cout << "time (s): " << c.get_seconds() << std::endl;
std::cout << "time (ms): " << c.get_milliseconds() << std::endl;
std::cout << "time (us): " << c.get_microseconds() << std::endl;
HTH
【讨论】：
【参考方案4】：StlSoft 开源库在 windows 和 linux 平台上都提供了相当的good timer。如果您希望它自己实现，只需查看它们的来源即可。
【讨论】：
【参考方案5】：ACE 库还具有便携式高分辨率计时器。
用于高分辨率计时器的 Doxygen：http://www.dre.vanderbilt.edu/Doxygen/5.7.2/html/ace/a00244.html
【讨论】：
【参考方案6】：我已经看到这实现了几次作为闭源内部解决方案......它们都求助于 #ifdef 解决方案，一方面围绕本机 Windows 高分辨率计时器和使用 struct timeval 的 Linux 内核计时器（参见man timeradd）。
您可以对此进行抽象，一些开源项目已经做到了——我看到的最后一个是CoinOR class CoinTimer，但肯定还有更多。
【讨论】：
我决定走这条路。您的链接已失效，所以我评论了一个仍在使用的链接：songho.ca/misc/timer/timer.html 啊，没有什么比对一个 8 年前的问题发表评论更重要了 :) 与此同时，我很幸运地使用了 Google 的 CCTZ 库，它建立在一些较新的 C++11 成语之上.【参考方案7】：为此我强烈推荐 boost::posix_time 库。它支持各种分辨率的计时器，我相信它可以低至微秒
【讨论】：
【参考方案8】：SDL2 具有出色的跨平台高分辨率计时器。但是，如果您需要亚毫秒级的精度，我编写了一个非常小的跨平台计时器库here。 它兼容 C++03 和 C++11/更高版本的 C++。
【讨论】：
【参考方案9】：C++ 库问题的第一个答案一般是 BOOST：http://www.boost.org/doc/libs/1_40_0/libs/timer/timer.htm。这是做你想做的吗？可能不是，但这是一个开始。
问题是你想要便携，定时器功能在操作系统中不是通用的。
【讨论】：
【参考方案10】：STLSoft 有一个 Performance Library，其中包括一组计时器类，其中一些适用于 UNIX 和 Windows。
【讨论】：
【参考方案11】：我不确定你的要求，如果你想计算时间间隔，请看下面的线程
Calculating elapsed time in a C program in milliseconds
【讨论】：
【参考方案12】：我发现这个看起来很有希望，而且非常简单，不确定是否有任何缺点：
https://gist.github.com/ForeverZer0/0a4f80fc02b96e19380ebb7a3debbee5
/* ----------------------------------------------------------------------- */
/*
Easy embeddable cross-platform high resolution timer function. For each
platform we select the high resolution timer. You can call the 'ns()'
function in your file after embedding this.
*/
#include <stdint.h>
#if defined(__linux)
# define HAVE_POSIX_TIMER
# include <time.h>
# ifdef CLOCK_MONOTONIC
# define CLOCKID CLOCK_MONOTONIC
# else
# define CLOCKID CLOCK_REALTIME
# endif
#elif defined(__APPLE__)
# define HAVE_MACH_TIMER
# include <mach/mach_time.h>
#elif defined(_WIN32)
# define WIN32_LEAN_AND_MEAN
# include <windows.h>
#endif
static uint64_t ns()
static uint64_t is_init = 0;
#if defined(__APPLE__)
static mach_timebase_info_data_t info;
if (0 == is_init)
mach_timebase_info(&info);
is_init = 1;
uint64_t now;
now = mach_absolute_time();
now *= info.numer;
now /= info.denom;
return now;
#elif defined(__linux)
static struct timespec linux_rate;
if (0 == is_init)
clock_getres(CLOCKID, &linux_rate);
is_init = 1;
uint64_t now;
struct timespec spec;
clock_gettime(CLOCKID, &spec);
now = spec.tv_sec * 1.0e9 + spec.tv_nsec;
return now;
#elif defined(_WIN32)
static LARGE_INTEGER win_frequency;
if (0 == is_init)
QueryPerformanceFrequency(&win_frequency);
is_init = 1;
LARGE_INTEGER now;
QueryPerformanceCounter(&now);
return (uint64_t) ((1e9 * now.QuadPart) / win_frequency.QuadPart);
#endif
/* ----------------------------------------------------------------------- */-------------------------------- */
【讨论】：
【参考方案13】：如果项目中使用的是 Qt 框架，最好的解决方案可能是使用 QElapsedTimer。
【讨论】：
【参考方案14】：在这里聚会迟到了，但我正在使用尚未升级到 c++11 的遗留代码库。我们团队中没有人精通 C++，因此添加像 STL 这样的库被证明是困难的（除了其他人提出的关于部署问题的潜在担忧之外）。我真的需要一个非常简单的跨平台计时器，它可以独立运行，除了基本的标准系统库之外没有任何东西。这是我发现的：
http://www.songho.ca/misc/timer/timer.html
在此处重新发布整个源代码，以免网站停止运行时丢失：
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Timer.cpp
// =========
// High Resolution Timer.
// This timer is able to measure the elapsed time with 1 micro-second accuracy
// in both Windows, Linux and Unix system
//
// AUTHOR: Song Ho Ahn (song.ahn@gmail.com) - http://www.songho.ca/misc/timer/timer.html
// CREATED: 2003-01-13
// UPDATED: 2017-03-30
//
// Copyright (c) 2003 Song Ho Ahn
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#include "Timer.h"
#include <stdlib.h>
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// constructor
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Timer::Timer()
#if defined(WIN32) || defined(_WIN32)
QueryPerformanceFrequency(&frequency);
startCount.QuadPart = 0;
endCount.QuadPart = 0;
#else
startCount.tv_sec = startCount.tv_usec = 0;
endCount.tv_sec = endCount.tv_usec = 0;
#endif
stopped = 0;
startTimeInMicroSec = 0;
endTimeInMicroSec = 0;
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// distructor
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Timer::~Timer()
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// start timer.
// startCount will be set at this point.
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void Timer::start()
stopped = 0; // reset stop flag
#if defined(WIN32) || defined(_WIN32)
QueryPerformanceCounter(&startCount);
#else
gettimeofday(&startCount, NULL);
#endif
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// stop the timer.
// endCount will be set at this point.
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void Timer::stop()
stopped = 1; // set timer stopped flag
#if defined(WIN32) || defined(_WIN32)
QueryPerformanceCounter(&endCount);
#else
gettimeofday(&endCount, NULL);
#endif
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// compute elapsed time in micro-second resolution.
// other getElapsedTime will call this first, then convert to correspond resolution.
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
double Timer::getElapsedTimeInMicroSec()
#if defined(WIN32) || defined(_WIN32)
if(!stopped)
QueryPerformanceCounter(&endCount);
startTimeInMicroSec = startCount.QuadPart * (1000000.0 / frequency.QuadPart);
endTimeInMicroSec = endCount.QuadPart * (1000000.0 / frequency.QuadPart);
#else
if(!stopped)
gettimeofday(&endCount, NULL);
startTimeInMicroSec = (startCount.tv_sec * 1000000.0) + startCount.tv_usec;
endTimeInMicroSec = (endCount.tv_sec * 1000000.0) + endCount.tv_usec;
#endif
return endTimeInMicroSec - startTimeInMicroSec;
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// divide elapsedTimeInMicroSec by 1000
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
double Timer::getElapsedTimeInMilliSec()
return this->getElapsedTimeInMicroSec() * 0.001;
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// divide elapsedTimeInMicroSec by 1000000
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
double Timer::getElapsedTimeInSec()
return this->getElapsedTimeInMicroSec() * 0.000001;
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// same as getElapsedTimeInSec()
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
double Timer::getElapsedTime()
return this->getElapsedTimeInSec();
和头文件：
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Timer.h
// =======
// High Resolution Timer.
// This timer is able to measure the elapsed time with 1 micro-second accuracy
// in both Windows, Linux and Unix system
//
// AUTHOR: Song Ho Ahn (song.ahn@gmail.com) - http://www.songho.ca/misc/timer/timer.html
// CREATED: 2003-01-13
// UPDATED: 2017-03-30
//
// Copyright (c) 2003 Song Ho Ahn
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#ifndef TIMER_H_DEF
#define TIMER_H_DEF
#if defined(WIN32) || defined(_WIN32) // Windows system specific
#include <windows.h>
#else // Unix based system specific
#include <sys/time.h>
#endif
class Timer
public:
Timer(); // default constructor
~Timer(); // default destructor
void start(); // start timer
void stop(); // stop the timer
double getElapsedTime(); // get elapsed time in second
double getElapsedTimeInSec(); // get elapsed time in second (same as getElapsedTime)
double getElapsedTimeInMilliSec(); // get elapsed time in milli-second
double getElapsedTimeInMicroSec(); // get elapsed time in micro-second
protected:
private:
double startTimeInMicroSec; // starting time in micro-second
double endTimeInMicroSec; // ending time in micro-second
int stopped; // stop flag
#if defined(WIN32) || defined(_WIN32)
LARGE_INTEGER frequency; // ticks per second
LARGE_INTEGER startCount; //
LARGE_INTEGER endCount; //
#else
timeval startCount; //
timeval endCount; //
#endif
;
#endif // TIMER_H_DEF
【讨论】：
以上是关于C++ 跨平台高分辨率计时器的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章