Windows C++ 纳秒计时？

Posted 2023-02-22

【中文标题】Windows C++ 纳秒计时？

【英文标题】：Windows C++ nanosecond timing?

【发布时间】：2012-04-04 21:56:44

【问题描述】：

在 Windows 上的 C++ 中有没有办法以纳秒为单位测量时间？

我能找到的都是 linux 解决方案。

【问题讨论】：

见Boost.Chrono。

QueryPerformanceCounter 是 Windows，不过 Boost 也一样好，而且是可移植的。

在大多数系统上，您无法准确测量超出秒单位的执行时间。

如果你使用的是 VS11，你应该使用 chrono 库，并且你应该去支持 MS connect 上的this issue。

我非常怀疑您是否需要纳秒。这就像用 20 位数写下物理实验的结果一样。如果您使用纳秒，则必须注意每次内存访问，因为如果您完全随机，完整的缓存未命中可能会增加 30ns 的内存访问。

【参考方案1】：

使用 QueryPerformanceFrequency 函数查看 QueryPerformanceCounter 的运行速度。我认为它可能在纳秒范围内。

【讨论】：

非常旧的 API 调用，无法针对任务切换进行调整。

@Lothar：如果您以纳秒为单位测量执行时间，您会注意到何时发生任务切换，您可以跳过该测量示例。

【参考方案2】：

查看 Windows 上的 QueryPerformanceCounter。

当定时代码识别性能瓶颈时，你想使用 系统必须提供的最高分辨率计时器。本文 描述了如何使用 QueryPerformanceCounter 函数来计时 申请代码

http://support.microsoft.com/kb/172338

【讨论】：

@Mehrdad：因为当我读到这篇文章时，我在理解问题的答案方面没有取得任何进展。这是一个链接。它应该有至少一个摘要。

@MooingDuck：这只是一个小答案。你确实有进步，因为现在你有资源可以去阅读。我完全希望答案的读者能够单击链接并阅读。总结可能不错，但这不是必需的，当然也不会将其作为评论。 （不行的是一个链接到后来可能会死掉的东西。）

一定不要点击链接，甚至懒得去阅读它的内容。这是一个总结。在对代码进行计时以识别性能瓶颈时，您希望使用系统必须提供的最高分辨率计时器。本文介绍如何使用 QueryPerformanceCounter 函数对应用程序代码进行计时。

@DanP：那应该是答案的一部分。 “正确”并不意味着某事是“好的答案”。链接很棒，但它们不是一切。

@MooingDuck：我认为点击链接和阅读文档是这个答案（正确）假设和/或试图教授的技能。

【参考方案3】：

如果您可以运行自己的程序集，您可以读取 CPU 的周期计数器并将其除以 CPU 的时钟频率：

static inline uint64_t get_cycles()

  uint64_t t;
  __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=A"(t));
  return t;

【讨论】：

IIRC，这可能有一个陷阱......它要么只在较新的 CPU 上可用，要么只在内核模式下可用，或者类似的东西......

@Mehrdad：rdtsc 从 P6 系列 CPU 开始可用，甚至可能是最初的 Pentium。它可以被限制在内核模式，但我不知道 Windows 是否这样做。

@Mehrdad：不，它不限于 Windows 上的内核模式。如果您使用 VC，则语法为 long long ticks() __asm rdtsc; 如果您所说的较新的 CPU 是指奔腾，是的，那么它仅适用于“较新”的 CPU。不过，就我个人而言，我已经有一段时间没有为 486 或更早版本编写代码了。

这里是但是在多核上存在问题，因为返回的值不会在 CPU 或 CPU 核之间同步。但如果你只在单核/CPU 上运行，那就没问题了。

@Mehrdad：您还需要获取 CPU ID 并以某种方式管理 CPU ID 和滴答计数器的全局关联，但是当然，如​​果您想为跨 CPU 移动的操作计时'有麻烦了。但是，一个好的操作系统不应该这样做，因为它不想破坏热缓存。

【参考方案4】：

使用 Windows7 和硬件计数器分析 API http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/dd796395(v=vs.85).aspx

rdtsc 和 QueryPerformanceCounter/QueryPerformanceFrequency 都不够准确，因为开销大、中断和任务切换。

[编辑]：抱歉将 PerformanceCounter 的链接与硬件计数器混淆了。抱歉只使用过一次，这是一个快速的答案。

【讨论】：

如何使用它？我想不通。

如果你想比较不同代码实现的运行时间，计算使用执行周期而不是绝对时间。

@GManNickG：因为没有代码，没有描述，而且链接（过去时）完全没用。

@Lothar：实际上rdtsc 和QueryPerformanceCounter（等）的问题（很可能QPC 是根据rdtsc 实现的）不在于开销，而是在跨 CPU 内核的同步中。每个核心都有自己的时间戳计数器，它们之间没有同步。

硬件计数器的好处还在于您可以使用它来测量 L1 和 L2 缓存未命中率。记住这一点很重要。