沃梦达 / 编程技术 / 编程语言 / C/C++开发 / 正文

C++算法计时器的实现示例

C/C++开发
2023-04-14

本文主要介绍了C++算法计时器的实现示例，文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

有时为了检测和比较算法效率和复杂度，需要一个计时器，而这个计时器往往需要精确到毫秒ms、微秒μs甚至纳秒ns，不太常用的库或api就不放上来了。

1.毫秒级精度

1.1 CLOCKS_PER_SEC

在头文件time.h或ctime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:

精华代码：

#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次循环所用时间：" << double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 << "ms" << endl;
       
    return 0;
}

示例为检测二叉堆不同输入一个一个插入所用时间（不能直接跑）：

#include <iostream>
#include<vector>
#include <algorithm>
#include <ctime>
using namespace std;

int main()
{
    int num, mode;
    cout << "输入大小和模式，其中模式1为正序，2为倒序，3位随机" << endl;
    cout << "示例：1000 2" << endl;
    cin >> num >> mode;//输入大小和模式，其中模式1为正序，2为倒序，3位随机
    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 << "一个一个正序插入所用时间：" << 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 << "一个一个倒序插入所用时间：" << double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 << "ms" << endl;
        break;
    case 3://正倒序交叉模拟随机
        begin = clock();
        for (int i = 1; i<num/2; ++i)
        {
            heap1.insert(i);
            heap1.insert(num - i);
        }
        end = clock();
        cout << "一个一个随机插入所用时间：" << double(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 << "ms" << endl;
        break;
    default:
        break;
    }
  
 
    return 0;
}

1.2 GetTickCount()函数 （Windows API）

GetTickCount返回（retrieve）从操作系统启动所经过（elapsed）的毫秒数，它的返回值是DWORD。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#include<iostream>
#pragma comment(lib, "winmm.lib") //告诉编译器要导入winmm库，有时候可删

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()函数（Windows API）

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>
#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;
}

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)
}

1.4 timeval结构体（Linux）

timeval结构体

#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<<"循环耗时为:"<<end_time-start_time<<"ms"; 
  return 0; 
}

2.微秒级精度

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,它可以以微妙为单位计时，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<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;
}

封装好的易于调用的代码：

//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;      // 花费的时间(精确到微秒)  
 
public: 
  MyTimer() 
  { 
    LARGE_INTEGER tmp; 
    QueryPerformanceFrequency(&tmp);//QueryPerformanceFrequency()作用：返回硬件支持的高精度计数器的频率。  
 
    _freq = tmp.QuadPart; 
    costTime = 0; 
  } 
 
  void Start()      // 开始计时  
  { 
    QueryPerformanceCounter(&_begin);//获得初始值  
  } 
 
  void End()        // 结束计时  
  { 
    QueryPerformanceCounter(&_end);//获得终止值  
    costTime = (long)((_end.QuadPart - _begin.QuadPart) * 1000000 / _freq); 
  } 
 
  void Reset()      // 计时清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 << "耗时为：" << timer.costTime << "us"; 
  return 0 ; 
}

3.纳秒级精度

要先获取CPU频率。

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 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的频率
}

下面为获取CPU精度的代码

#include<Windows.h>
LONGLONG GetFrequency(DWORD sleepTime) //获取CPU主频

{

    DWORD low1 = 0, high1 = 0, low2 = 0, high2 = 0;

    LARGE_INTEGER fq, st, ed;

    /*在定时前应该先调用QueryPerformanceFrequency()函数获得机器内部计时器的时钟频率。接着在

需要严格计时的事件发生前和发生之后分别调用QueryPerformanceCounter()，利用两次获得的技术

之差和时钟的频率，就可以计算出时间经历的精确时间。*/

    ::QueryPerformanceFrequency(&fq); //精确计时（返回硬件支持的高精度计数器的频率）

    ::QueryPerformanceCounter(&st); //获得起始时间

    __asm { //获得当前CPU的时间数

rdtsc

mov low1, eax

mov high1, edx

    }

    ::Sleep(sleepTime); //将线程挂起片刻

    ::QueryPerformanceCounter(&ed); //获得结束时间

    __asm {
rdtsc //读取CPU的时间戳计数器

mov low2, eax

mov high2, edx

    }

    //将CPU得时间周期数转化成64位整数

    LONGLONG begin = (LONGLONG)high1 << 32 | low1;

    LONGLONG end = (LONGLONG)high2 << 32 | low2;

    //将两次获得的CPU时间周期数除以间隔时间，即得到CPU的频率

    //由于windows的Sleep函数有大约15毫秒的误差，故以windows的精确计时为准

    return (end - begin) * fq.QuadPart / (ed.QuadPart - st.QuadPart);
}

4.利用chrono的各精度集成版（本质微秒）

4.1 chrono库介绍

函数原型：

template <class Clock, class Duration = typename Clock::duration>
  class time_point;

std::chrono::time_point 表示一个具体时间

第一个模板参数Clock用来指定所要使用的时钟,在标准库中有三种时钟，分别为：

  • system_clock：当前系统范围(即对各进程都一致)的一个实时的日历时钟(wallclock)
  • steady_clock：当前系统实现的一个维定时钟，该时钟的每个时间嘀嗒单位是均匀的(即长度相等)。
  • high_resolution_clock：当前系统实现的一个高分辨率时钟。

第二个模板函数参数用来表示时间的计量单位(特化的std::chrono::duration<> )

时间点都有一个时间戳，即时间原点。chrono库中采用的是Unix的时间戳1970年1月1日 00:00。所以time_point也就是距离时间戳(epoch)的时间长度（duration）。

4.2 代码示例

#include <iostream>
#include <chrono>
 
using namespace std;
using namespace std::chrono;
 
class TimerClock
{
public:
 TimerClock()
 {
  update();
 }
 
 ~TimerClock()
 {
 }
 
 void update()
 {
  _start = high_resolution_clock::now();
 }
 //获取秒
 double getTimerSecond()
 {
  return getTimerMicroSec() * 0.000001;
 }
 //获取毫秒
 double getTimerMilliSec()
 {
  return getTimerMicroSec()*0.001;
 }
 //获取微妙
 long long getTimerMicroSec()
 {
  //当前时钟减去开始时钟的count
  return duration_cast<microseconds>(high_resolution_clock::now() - _start).count();
 }
private:
 time_point<high_resolution_clock>_start;
};
 
//测试的主函数
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.秒级精度

单纯以备不时之需，没人用吧。

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;   
}

到此这篇关于C++算法计时器的实现示例的文章就介绍到这了,更多相关C++算法计时器内容请搜索编程学习网以前的文章希望大家以后多多支持编程学习网！

本文标题为：C++算法计时器的实现示例

上一篇： C语言深入探究选择排序与基数排序使用案例讲解
下一篇： C语言深入探究直接插入排序与希尔排序使用案例讲解

基础教程推荐

学习HTML
学习jQuery
学习Laravel
学习CSS3
学习Vue.js
学习Bootstrap5
学习ThinkPHP
学习AJAX
猜你喜欢
最新文章
热门文章
编程基础
热门标签
网站首页 HTML/CSS 菜单 Layui Yii2