C++ 时间测量看起来太慢了

Posted 2023-02-22

【中文标题】C++ 时间测量看起来太慢了

【英文标题】：C++ time measurement looks too slow

【发布时间】：2017-05-02 19:01:55

【问题描述】：

我正在使用 OpenGL GLUT 代码编写游戏，并且我正在应用一种游戏开发技术，该技术包括测量游戏主循环的每次迭代所消耗的时间，因此您可以使用它来按比例更新游戏场景上次更新了。为了实现这一点，我在循环开始时有这个：

void logicLoop () 

    float finalTime = (float) clock() / CLOCKS_PER_SEC;
    float deltaTime = finalTime - initialTime;
    initialTime = finalTime;

    ...
    // Here I move things using deltaTime value
    ...

当我在游戏中添加子弹时，问题就来了。如果子弹在两秒钟内没有击中任何目标，则必须将其摧毁。然后，我所做的就是保持对创建子弹的那一刻的引用，如下所示：

class Bullet: public GameObject 

    float birthday;

public:
    Bullet () 
        ...
        // Some initialization staff
        ...

        birthday = (float) clock() / CLOCKS_PER_SEC;
    

    float getBirthday ()  return birthday; 

然后我在 finalTime 和 deltaTime 测量之外添加了这个逻辑：

if (bullet != NULL) 
    if (finalTime - bullet->getBirthday() > 2) 
        world.remove(bullet);
        bullet = NULL;
    

看起来不错，但是当我运行代码时，子弹的存活时间太长了。寻找问题所在，我打印了 (finalTime - bullet->getBirthday()) 的值，我发现它的增长非常缓慢，就像它不是以秒为单位的时间一样。

问题出在哪里？我以为结果会在几秒钟内，所以子弹会在两秒钟内被移除。

【问题讨论】：

不确定这里发生了什么，但如果你有 C++11，你可以尝试使用 <chrono> 并在项目符号中存储 std::chrono::time_point。

为什么不使用glutGet(GLUT_ELAPSED_TIME)？

@genpfault：虽然看起来很可能而且很明显，但请确保文档没有说明；那是挂墙时间，是吗？

【参考方案1】：

这是一个常见的错误。 clock() 不测量实际时间的流逝；它测量 CPU 运行这个特定进程时已经过去了多少时间。

其他进程也占用CPU时间，所以两个时钟不一样。每当您的操作系统正在执行某个其他进程的代码时，包括当这个“睡眠”时，都不算在clock() 中。如果您的程序在具有多个 CPU 的系统上是多线程的，clock() 可能会“重复计算”时间！

人类对操作系统时间片一无所知或感知：我们只是感知实际时间的实际流逝（称为“墙上时间”）。最终，您将看到 clock() 的时基与挂钟时间不同。

Do not use clock() to measure wall time!

你想要gettimeofday() 或clock_gettime() 之类的东西。为了减轻人们更改系统时间的影响，在 Linux 上，我个人推荐 clock_gettime() 使用系统的“单调时钟”，该时钟与墙上时间同步，但具有不受人们玩耍影响的任意纪元电脑时间设置。 （如果需要，显然切换到便携式替代品。）

这个其实在the cppreference.com page for clock()讨论过：

std::clock 时间可能会比挂钟快或慢，这取决于操作系统给予程序的执行资源。例如，如果 CPU 由其他进程共享，std::clock 时间可能会比挂钟慢。另一方面，如果当前进程是多线程的并且有多个执行内核可用，std::clock 时间可能会比挂钟快。

当您不确定发生了什么时，请养成阅读您使用的所有功能的文档的习惯。

编辑：原来 GLUT 本身有一个你可以使用的功能，这可能很方便。 glutGet(GLUT_ELAPSED_TIME) 为您提供自您致电 glutInit() 以来经过的墙毫秒数。所以我想这就是你需要的。它的性能可能稍高一些，特别是如果 GLUT（或 OpenGL 的其他部分）已经定期请求挂起时间，并且如果此函数仅查询已经获得的时间……从而使您免于不必要的第二次系统调用（成本） .

【讨论】：

这是正确答案。在低延迟系统中，我们还使用clock_gettime 为我们的应用程序计时。

【参考方案2】：

如果您在 Windows 上，您可以使用 QueryPerformanceFrequency / QueryPerformanceCounter，它可以提供非常准确的时间测量。

这是一个例子。

#include <Windows.h>
using namespace std;

int main()
    
    LARGE_INTEGER freq = 0, 0;
    QueryPerformanceFrequency(&freq);

    LARGE_INTEGER startTime = 0, 0;
    QueryPerformanceCounter(&startTime);

    // STUFF.
    for(size_t i = 0; i < 100; ++i) 
        cout << i << endl;
        

    LARGE_INTEGER stopTime = 0, 0;
    QueryPerformanceCounter(&stopTime);

    const double ellapsed = ((double)stopTime.QuadPart - (double)startTime.QuadPart) / freq.QuadPart;
    cout << "Ellapsed: " << ellapsed << endl;

    return 0;
    

【讨论】：

很难确定，因为 MSDN 太差了，但这个 似乎 是独立于进程且稳定的，因此在 Windows 上是一个不错的选择。