如何在C++中實現高效計時功能

一、chrono庫

在C++11標準中，提供了std::chrono庫，用於進行時間相關的處理。

首先，我們需要一個時鐘，其中，系統時鐘由std::chrono::system_clock提供，其用法如下：

#include <iostream>
#include <chrono>

int main()
{
    auto start = std::chrono::system_clock::now();
    
    // do something
    
    auto end = std::chrono::system_clock::now();
    auto elapsed = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start);
    
    std::cout << "Elapsed time: " << elapsed.count() << "ms\n";
    
    return 0;
}

這段代碼中用到了std::chrono::system_clock::now()來獲取當前時間，然後用auto關鍵字來推導類型，省略了時間類型的繁瑣定義。duration_cast<std::chrono::milliseconds>用於將時間轉換為“毫秒”類型的時間，elapsed.count()則得到毫秒數。

二、高精度計時器

上文提到的chrono庫可以很好地計時，但其時間精度在微妙級別，對於需要更高精度的計時需求，我們可以使用一個高精度計時器。

代碼示例：

#include <iostream>
#include <chrono>

class Timer
{
public:
    Timer() { m_startTimepoint = std::chrono::high_resolution_clock::now(); }
    ~Timer()
    {
        Stop();
    }
    void Stop()
    {
        auto endTimepoint = std::chrono::high_resolution_clock::now();
        auto start = std::chrono::time_point_cast<std::chrono::microseconds>(m_startTimepoint);
        auto end = std::chrono::time_point_cast<std::chrono::microseconds>(endTimepoint);
        auto duration = end.time_since_epoch() - start.time_since_epoch();
        long long us = duration.count();
        double ms = us * 0.001;
        double s = ms * 0.001;
        std::cout << us << "us (" << ms << "ms) (" << s << "s)\n";
    }
private:
    std::chrono::time_point<std::chrono::high_resolution_clock> m_startTimepoint;
};

int main()
{
    Timer timer;
    
    // do something
    
    return 0;
}

這是一個計時器類，其構造函數中通過std::chrono::high_resolution_clock::now()獲取計時器開始的時間點，隨後在析構函數中結束計時，並計算了微秒、毫秒、秒三種時間單位，並將其輸出。在需要計時的代碼塊中，只需要定義一個計時器類的對象，其析構函數會在代碼塊執行結束時自動調用。

三、使用clock()函數

C++標準庫提供了std::clock()函數用於計算CPU時間。

示例代碼：

#include <iostream>
#include <ctime>

int main()
{
    std::clock_t start, end;
    start = std::clock();
    
    // do something
    
    end = std::clock();
    
    double time_used = static_cast<double>(end - start) / CLOCKS_PER_SEC;
    
    std::cout << "CPU time used: " << time_used << "s\n";
    
    return 0;
}

在代碼執行期間，clock()函數會返回CPU經過的時間，單位為時鐘周期數，這裡使用CLOCKS_PER_SEC將其轉化為秒，並輸出結果。