C++11 中chrono库 实现高精度定时

一种“传统”ctime计时方法:

#include <ctime>
using namespace std;

clock_t start = clock();
// do something...
clock_t end   = clock();
cout << "using" << (double)(end - start) / CLOCKS_PER_SEC << "s" << endl;

C++ 11 中的chrono库:

#include <chrono>   
using namespace std;
using namespace chrono;

auto start = system_clock::now();
// do something...
auto end   = system_clock::now();
auto duration = duration_cast<microseconds>(end - start);
cout <<  "using" 
     << double(duration.count()) * microseconds::period::num / microseconds::period::den 
     << "s" << endl;

chrono:

  chrono库主要包含了三种类型:时间间隔Duration、时钟Clocks和时间点Time point。

Duration:

  duration表示一段时间间隔,用来记录时间长度,可以表示几秒钟、几分钟或者几个小时的时间间隔,duration的原型是:

              template<class Rep, class Period = std::ratio<1>> class duration;

  第一个模板参数Rep是一个数值类型,表示时钟个数;第二个模板参数是一个默认模板参数std::ratio,它的原型是:

              template<std::intmax_t Num, std::intmax_t Denom = 1> class ratio;

  它表示每个时钟周期的秒数,其中第一个模板参数Num代表分子,Denom代表分母,分母默认为1,ratio代表的是一个分子除以分母的分数值,比如ratio<2>代表一个时钟周期是两秒,ratio<60>代表了一分钟,ratio<60*60>代表一个小时,ratio<60*60*24>代表一天。而ratio<1, 1000>代表的则是1/1000秒即一毫秒,ratio<1, 1000000>代表一微秒,ratio<1, 1000000000>代表一纳秒。标准库为了方便使用,就定义了一些常用的时间间隔,如时、分、秒、毫秒、微秒和纳秒,在chrono命名空间下,它们的定义如下:

typedef duration <Rep, ratio<3600,1>> hours;
typedef duration <Rep, ratio<60,1>> minutes;
typedef duration <Rep, ratio<1,1>> seconds;
typedef duration <Rep, ratio<1,1000>> milliseconds;
typedef duration <Rep, ratio<1,1000000>> microseconds;
typedef duration <Rep, ratio<1,1000000000>> nanoseconds;

  通过定义这些常用的时间间隔类型,我们能方便的使用它们,比如线程的休眠:

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3)); //休眠三秒
std::this_thread::sleep_for(std::chrono:: milliseconds (100)); //休眠100毫秒

Time point:

  time_point表示一个时间点,用来获取1970.1.1以来的秒数和当前的时间, 可以做一些时间的比较和算术运算,可以和ctime库结合起来显示时间。time_point必须要clock来计时,time_point有一个函数time_from_eproch()用来获得1970年1月1日到time_point时间经过的duration。下面的例子计算当前时间距离1970年1月一日有多少天:

#include <ratio>
#include <chrono>

int main ()
{
using namespace std::chrono;
typedef duration<int,std::ratio<60*60*24>> days_type;

time_point<system_clock,days_type> today = time_point_cast<days_type>(system_clock::now());

std::cout << today.time_since_epoch().count() << " days since epoch" << std::endl;

return 0;
}

Clocks:

  表示当前的系统时钟,内部有time_point, duration, Rep, Period等信息,它主要用来获取当前时间,以及实现time_t和time_point的相互转换。Clocks包含三种时钟: 

  system_clock:从系统获取的时钟;

  steady_clock:不能被修改的时钟;

  high_resolution_clock:高精度时钟,实际上是system_clock或者steady_clock的别名。

  可以通过now()来获取当前时间点:

#include <iostream>
#include <chrono>
int main()
{
std::chrono::steady_clock::time_point t1 = std::chrono::system_clock::now();
std::cout << "Hello World\n";
std::chrono::steady_clock::time_point t2 = std::chrono:: system_clock::now();
std::cout << (t2-t1).count()<<” tick count”<<endl;
}

    通过时钟获取两个时间点之相差多少个时钟周期,我们可以通过duration_cast将其转换为其它时钟周期的duration:

cout << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>( t2-t1 ).count() <<” microseconds”<< endl;

    system_clock的to_time_t方法可以将一个time_point转换为ctime,而from_time_t方法则是相反的,它将ctime转换为time_point:

std::time_t now_c = std::chrono::system_clock::to_time_t(time_point);

    可以利用high_resolution_clock来实现一个类似于boost.timer的定时器,这样的timer在测试性能时会经常用到,经常用它来测试函数耗时,可实现毫秒微秒级定时,它的基本用法是这样的:

#include<chrono>
usingnamespace std;
usingnamespace std::chrono;
classTimer
{
public:
Timer() : m_begin(high_resolution_clock::now()) {}
void reset() { m_begin = high_resolution_clock::now(); }
//默认输出毫秒
int64_t elapsed() const
{
return duration_cast<chrono::milliseconds>(high_resolution_clock::now() - m_begin).count();
}
//微秒
int64_t elapsed_micro() const
{
return duration_cast<chrono::microseconds>(high_resolution_clock::now() - m_begin).count();
}
//纳秒
int64_t elapsed_nano() const
{
return duration_cast<chrono::nanoseconds>(high_resolution_clock::now() - m_begin).count();
}
//秒
int64_t elapsed_seconds() const
{
return duration_cast<chrono::seconds>(high_resolution_clock::now() - m_begin).count();
}
//分
int64_t elapsed_minutes() const
{
return duration_cast<chrono::minutes>(high_resolution_clock::now() - m_begin).count();
}
//时
int64_t elapsed_hours() const
{
return duration_cast<chrono::hours>(high_resolution_clock::now() - m_begin).count();
}
private:
time_point<high_resolution_clock> m_begin;
};

测试代码:

void fun()
{
cout<<”hello word”<<endl;
}
int main()
{
timer t; //开始计时
fun()
cout<<t.elapsed()<<endl; //打印fun函数耗时多少毫秒
cout<<t.elapsed_micro ()<<endl; //打印微秒
cout<<t.elapsed_nano ()<<endl; //打印纳秒
cout<<t.elapsed_seconds()<<endl; //打印秒
cout<<t.elapsed_minutes()<<endl; //打印分钟
cout<<t.elapsed_hours()<<endl; //打印小时
}

下面介绍duration中一些重要的成员函数:

    template<class _Rep2,
        class = typename enable_if<is_convertible<_Rep2, _Rep>::value
            && (treat_as_floating_point<_Rep>::value
                || !treat_as_floating_point<_Rep2>::value),
            void>::type>
        constexpr explicit duration(const _Rep2& _Val)
            : _MyRep(static_cast<_Rep>(_Val))
        {    // construct from representation
        }

使用另一个数值类型的值来构造。它是使用static_cast()来进行转换的。要求1:_Rep2必须能够隐式转换为_Rep:。要求2:_Rep为浮点型或者_Rep2不是浮点型。否则编译失败。

template<class _Rep2,
        class _Period2,
        class = typename enable_if<treat_as_floating_point<_Rep>::value
            || (_Ratio_divide_sfinae<_Period2, _Period>::den == 1
                && !treat_as_floating_point<_Rep2>::value),
            void>::type>
        constexpr duration(const duration<_Rep2, _Period2>& _Dur)
            : _MyRep(chrono::duration_cast<_Myt>(_Dur).count())
        {    // construct from a duration
        }


使用另一个chrono对象来构造,内部通过duration_cast()来转换。以下2种情况可以通过编译:
1._Rep是一种浮点型。

2._Rep和_Rep都是一种整型,此时要求ratio_divide<_Period2, _Period>::type::den必须为1。意思就是_Period2是_Period的整数倍。

这样规定的目的是为了避免精度损失,以及避免从小单位向大单位转换。如果不使用这个构造函数,而直接使用duration_cast()函数,则直接绕过了这些检查,可能会导致精度丢失或数据截断。

constexpr _Rep count() const
        {    // get stored rep
        return (_MyRep);
        }
得到当前对象保存的_Period的个数。

template<class _Rep1,
    class _Period1,
    class _Rep2,
    class _Period2> inline
    constexpr bool operator==(
        const duration<_Rep1, _Period1>& _Left,
        const duration<_Rep2, _Period2>& _Right)
    {    // test if duration == duration
    typedef typename common_type<
        duration<_Rep1, _Period1>,
        duration<_Rep2, _Period2> >::type _CT;
    return (_CT(_Left).count() == _CT(_Right).count());
    }


比较两个duration对象是否想等,由源码得知,比较前先将两个对象转换为通用类型,然后再比较。
例如:duration<int,std::ratio<2,3> >和duration<int,std::ratio<3,7> >都转换为duration<int,std::ratio<1,21> >。

还有min()、max()、zero()函数,分别代表最小、最大、0值,返回的都是自身类型。

剩下的就是一些算术运算和关系运算函数。

参考链接:

https://blog.csdn.net/u013390476/article/details/50209603

https://en.cppreference.com/w/cpp/chrono/duration

https://blog.csdn.net/oncealong/article/details/28599655

https://blog.csdn.net/t114211200/article/details/78029553

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转载自blog.csdn.net/p942005405/article/details/84400473
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