C++算法計時器的實現(xiàn)示例
有時為了檢測和比較算法效率和復雜度，需要一個計時器，而這個計時器往往需要精確到毫秒ms、微秒μs甚至納秒ns，不太常用的庫或api就不放上來了。
1.毫秒級精度
1.1 CLOCKS_PER_SEC
在頭文件time.h或ctime中，clock()函數(shù)返回從“開啟這個程序進程”到“程序中調(diào)用clock()函數(shù)”時之間的CPU時鐘計時單元（clock tick）數(shù)，在MSDN中稱之為掛鐘時間（wal-clock），常量CLOCKS_PER_SEC，它用來表示一秒鐘會有多少個時鐘計時單元，精確到毫秒，其使用方法如下:
精華代碼：
#include <iostream>
#include<vector>
#include <algorithm>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
clock_t begin, end;
begin = clock();
for (int i = 1; i <= 100; ++i)
{
}
end = clock();
cout << "100次循環(huán)所用時間：" << double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 << "ms" << endl;
return 0;
}示例為檢測二叉堆不同輸入一個一個插入所用時間（不能直接跑）：
#include <iostream>
#include<vector>
#include <algorithm>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
int num, mode;
cout << "輸入大小和模式，其中模式1為正序，2為倒序，3位隨機" << endl;
cout << "示例：1000 2" << endl;
cin >> num >> mode;//輸入大小和模式，其中模式1為正序，2為倒序，3位隨機
BinaryHeap<int> heap1,heap2;
clock_t begin, end;
switch (mode)
{
case 1://正序
begin = clock();
for (int i = 1; i <= num; ++i)
{
heap1.insert(i);
}
end = clock();
cout << "一個一個正序插入所用時間：" << double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 << "ms" << endl;
break;
case 2://倒序
begin = clock();
for (int i = num; i >= 1; --i)
{
heap1.insert(i);
}
end = clock();
cout << "一個一個倒序插入所用時間：" << double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 << "ms" << endl;
break;
case 3://正倒序交叉模擬隨機
begin = clock();
for (int i = 1; i<num/2; ++i)
{
heap1.insert(i);
heap1.insert(num - i);
}
end = clock();
cout << "一個一個隨機插入所用時間：" << double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 << "ms" << endl;
break;
default:
break;
}
return 0;
}1.2 GetTickCount()函數(shù) （Windows API）
GetTickCount返回（retrieve）從操作系統(tǒng)啟動所經(jīng)過（elapsed）的毫秒數(shù)，它的返回值是DWORD。
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#include<iostream>
#pragma comment(lib, "winmm.lib") //告訴編譯器要導入winmm庫，有時候可刪
int main()
{
DWORD t1, t2;
t1 = GetTickCount();
for(int i=1;i<=10000;++i)
{
}//do something
t2 = GetTickCount();
//printf("Use Time:%f\n", (t2 - t1) * 1.0);
cout<<"Use Time:"<<(double)(t2-t1)<<"ms"<<endl;
return 0;
}1.3 timeGetTime()函數(shù)（Windows API）
以毫秒計的系統(tǒng)時間，該時間為從系統(tǒng)開啟算起所經(jīng)過的時間。在使用timeGetTime之前應先包含頭文件＃include <Mmsystem.h>或＃include <Windows.h>并在project->settings->link->Object/library modules中添加winmm.lib。也可以在文件頭部添加 #pragma comment( lib,"winmm.lib" )。
備注：命令行：#pragma comment( lib,"xxx.lib" )時預編譯處理指令，讓vc將winmm.lib添加到工程中去進行編譯。
//#include<stdio.h>
#include<windows.h>
#include<iostream>
#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);
cout<<"Use Time:"<<(double)(t2-t1)<<"ms"<<endl;
return 0;
}該函數(shù)的時間精度是五毫秒或更大一些，這取決于機器的性能?？捎胻imeBeginPeriod和timeEndPeriod函數(shù)提高timeGetTime函數(shù)的精度。如果使用了，連續(xù)調(diào)用timeGetTime函數(shù)，一系列返回值的差異由timeBeginPeriod和timeEndPeriod決定。也可以用timeGetTime實現(xiàn)延時功能Delay
void Delay(DWORD delayTime)
{
DWORD delayTimeBegin;
DWORD delayTimeEnd;
delayTimeBegin=timeGetTime();
do
{
delayTimeEnd=timeGetTime();
}while((delayTimeEnd-delayTimeBegin)<delayTime)
}1.4 timeval結構體（Linux）
timeval結構體
#include <sys/time.h>
#include <iostream>
#include <time.h>
double get_wall_time()
{
struct timeval time ;
if (gettimeofday(&time,NULL)){
return 0;
}
return (double)time.tv_sec + (double)time.tv_usec * .000001;
}
int main()
{
unsigned int t = 0;
double start_time = get_wall_time()
while(t++<10e+6);
double end_time = get_wall_time()
std::cout<<"循環(huán)耗時為:"<<end_time-start_time<<"ms";
return 0;
} 2.微秒級精度
QueryPerformanceCounter()函數(shù)和QueryPerformanceFrequency()函數(shù)（Windows API）
QueryPerformanceFrequency()函數(shù)返回高精確度性能計數(shù)器的值,它可以以微妙為單位計時，但是QueryPerformanceCounter()確切的精確計時的最小單位是與系統(tǒng)有關的,所以,必須要查詢系統(tǒng)以得到QueryPerformanceCounter()返回的嘀噠聲的頻率。QueryPerformanceFrequency()提供了這個頻率值,返回每秒嘀噠聲的個數(shù)。
//#include<stdio.h>
#include<iostream>
#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);
cout << "Use Time:" << (double)((t2.QuadPart - t1.QuadPart) * 1000000.0 / tc.QuadPart) << "μs" << endl;
return 0;
}封裝好的易于調(diào)用的代碼：
//MyTimer.h//
#ifndef __MyTimer_H__
#define __MyTimer_H__
#include <windows.h>
class MyTimer
{
private:
int _freq;
LARGE_INTEGER _begin;
LARGE_INTEGER _end;
public:
long costTime; // 花費的時間(精確到微秒)
public:
MyTimer()
{
LARGE_INTEGER tmp;
QueryPerformanceFrequency(&tmp);//QueryPerformanceFrequency()作用：返回硬件支持的高精度計數(shù)器的頻率。
_freq = tmp.QuadPart;
costTime = 0;
}
void Start() // 開始計時
{
QueryPerformanceCounter(&_begin);//獲得初始值
}
void End() // 結束計時
{
QueryPerformanceCounter(&_end);//獲得終止值
costTime = (long)((_end.QuadPart - _begin.QuadPart) * 1000000 / _freq);
}
void Reset() // 計時清0
{
costTime = 0;
}
};
#endif
//main.cpp
#include "MyTimer.h"
#include <iostream>
int main()
{
MyTimer timer;
unsigned int t = 0;
timer.Start();
while (t++ < 10e+5);
timer.End();
std::cout << "耗時為：" << timer.costTime << "us";
return 0 ;
} 3.納秒級精度
要先獲取CPU頻率。
在Intel Pentium以上級別的CPU中，有一個稱為“時間戳（Time Stamp）”的部件，它以64位無符號整型數(shù)的格式，記錄了自CPU上電以來所經(jīng)過的時鐘周期數(shù)。由于目前的CPU主頻都非常高，因此這個部件可以達到納秒級的計時精度。這個精確性是上述幾種方法所無法比擬的.在Pentium以上的CPU中，提供了一條機器指令RDTSC（Read Time Stamp Counter）來讀取這個時間戳的數(shù)字，并將其保存在EDX:EAX寄存器對中。由于EDX:EAX寄存器對恰好是Win32平臺下C++語言保存函數(shù)返回值的寄存器，所以我們可以把這條指令看成是一個普通的函數(shù)調(diào)用，因為RDTSC不被C++的內(nèi)嵌匯編器直接支持，所以我們要用_emit偽指令直接嵌入該指令的機器碼形式0X0F、0X31。
inline unsigned __int64 GetCycleCount()
{
__asm
{
_emit 0x0F;
_emit 0x31;
}
}
void test()
{
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的頻率
}下面為獲取CPU精度的代碼
#include<Windows.h>
LONGLONG GetFrequency(DWORD sleepTime) //獲取CPU主頻
{
DWORD low1 = 0, high1 = 0, low2 = 0, high2 = 0;
LARGE_INTEGER fq, st, ed;
/*在定時前應該先調(diào)用QueryPerformanceFrequency()函數(shù)獲得機器內(nèi)部計時器的時鐘頻率。接著在
需要嚴格計時的事件發(fā)生前和發(fā)生之后分別調(diào)用QueryPerformanceCounter()，利用兩次獲得的技術
之差和時鐘的頻率，就可以計算出時間經(jīng)歷的精確時間。*/
::QueryPerformanceFrequency(&fq); //精確計時（返回硬件支持的高精度計數(shù)器的頻率）
::QueryPerformanceCounter(&st); //獲得起始時間
__asm { //獲得當前CPU的時間數(shù)
rdtsc
mov low1, eax
mov high1, edx
}
::Sleep(sleepTime); //將線程掛起片刻
::QueryPerformanceCounter(&ed); //獲得結束時間
__asm {
rdtsc //讀取CPU的時間戳計數(shù)器
mov low2, eax
mov high2, edx
}
//將CPU得時間周期數(shù)轉(zhuǎn)化成64位整數(shù)
LONGLONG begin = (LONGLONG)high1 << 32 | low1;
LONGLONG end = (LONGLONG)high2 << 32 | low2;
//將兩次獲得的CPU時間周期數(shù)除以間隔時間，即得到CPU的頻率
//由于windows的Sleep函數(shù)有大約15毫秒的誤差，故以windows的精確計時為準
return (end - begin) * fq.QuadPart / (ed.QuadPart - st.QuadPart);
}4.利用chrono的各精度集成版（本質(zhì)微秒）
4.1 chrono庫介紹
函數(shù)原型：
template <class Clock, class Duration = typename Clock::duration> class time_point;
std::chrono::time_point 表示一個具體時間
第一個模板參數(shù)Clock用來指定所要使用的時鐘,在標準庫中有三種時鐘，分別為：
- system_clock：當前系統(tǒng)范圍(即對各進程都一致)的一個實時的日歷時鐘(wallclock)
- steady_clock：當前系統(tǒng)實現(xiàn)的一個維定時鐘，該時鐘的每個時間嘀嗒單位是均勻的(即長度相等)。
- high_resolution_clock：當前系統(tǒng)實現(xiàn)的一個高分辨率時鐘。
第二個模板函數(shù)參數(shù)用來表示時間的計量單位(特化的std::chrono::duration<> )
時間點都有一個時間戳，即時間原點。chrono庫中采用的是Unix的時間戳1970年1月1日 00:00。所以time_point也就是距離時間戳(epoch)的時間長度（duration）。
4.2 代碼示例
#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std;
using namespace std::chrono;
class TimerClock
{
public:
TimerClock()
{
update();
}
~TimerClock()
{
}
void update()
{
_start = high_resolution_clock::now();
}
//獲取秒
double getTimerSecond()
{
return getTimerMicroSec() * 0.000001;
}
//獲取毫秒
double getTimerMilliSec()
{
return getTimerMicroSec()*0.001;
}
//獲取微妙
long long getTimerMicroSec()
{
//當前時鐘減去開始時鐘的count
return duration_cast<microseconds>(high_resolution_clock::now() - _start).count();
}
private:
time_point<high_resolution_clock>_start;
};
//測試的主函數(shù)
int main()
{
TimerClock TC;
int sum = 0;
TC.update();
for (int i = 0; i > 100000; i++)
{
sum++;
}
cout << "cost time:" << TC.getTimerMilliSec() <<"ms"<< endl;
cout << "cost time:" << TC.getTimerMicroSec() << "us" << endl;
return 0;
}5.秒級精度
單純以備不時之需，沒人用吧。
time() 函數(shù)
在頭文件time.h中，time()獲取當前的系統(tǒng)時間，只能精確到秒，返回的結果是一個time_t類型，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)); //調(diào)用difftime求出時間差
return 0;
}到此這篇關于C++算法計時器的實現(xiàn)示例的文章就介紹到這了,更多相關C++算法計時器內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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