C++高精度计时器——微秒级时间统计

在C++中，经常需要通过计时来统计性能信息，通过统计的耗时信息，来分析性能瓶颈，通常情况下，可能毫秒级别的时间统计就足够用了，但是在毫厘必争的性能热点的地方，毫秒级别的统计还是不够的，这种情况下，就需要至少微秒级别的统计信息，甚至要精确到CPU的指令周期级别。下面来重点说一下毫秒级的计时统计信息。

毫厘必争--微秒计时思路

在Windows平台上，用来统计微秒级别耗时信息，需要用到两个Windows API：

BOOL WINAPI QueryPerformanceFrequency(
  _Out_  LARGE_INTEGER *lpFrequency
);

BOOL WINAPI QueryPerformanceCounter(
  _Out_  LARGE_INTEGER *lpPerformanceCount
);

QueryPerformanceFrequency用于获取性能计数的频率，每秒多少次，

QueryPerformanceCounter用于获取当前性能计数的值，

有了这两个API，我们就可以用来统计耗时了，思路如下：

那么如何得到最终的耗时呢，相信不难回答，公式如下：

秒级耗时 = （结束性能计数值 - 开始性能计数值） / 性能计数频率

微秒耗时 = （结束性能计数值 - 开始性能计数值）* 1000000 / 性能计数频率

微秒计时实现

LARGE_INTEGER freq_;
QueryPerformanceFrequency(&freq_);

LARGE_INTEGER begin_time;
LARGE_INTEGER end_time;
QueryPerformanceCounter(&begin_time);
Sleep(100);
QueryPerformanceCounter(&end_time);

double ns_time = (end_time.QuadPart - begin_time.QuadPart) * 1000000.0 / freq_.QuadPart;

封装微秒计时的实现

虽然上面已经实现了微秒精度计时，但是由于每次调用API时，都要定义变量等，使用起来肯定会有很多重复或者类似的代码，那么为了避免这种情况，对此实现进行了封装，如下：

class stop_watch
{
public:
    stop_watch()
        : elapsed_(0)
    {
        QueryPerformanceFrequency(&freq_);
    }
    ~stop_watch(){}
public:
    void start()
    {
        QueryPerformanceCounter(&begin_time_);
    }
    void stop()
    {
        LARGE_INTEGER end_time;
        QueryPerformanceCounter(&end_time);
        elapsed_ += (end_time.QuadPart - begin_time_.QuadPart) * 1000000 / freq_.QuadPart;
    }
    void restart()
    {
        elapsed_ = 0;
        start();
    }
    //微秒
    double elapsed()
    {
        return static_cast<double>(elapsed_);
    }
    //毫秒
    double elapsed_ms()
    {
        return elapsed_ / 1000.0;
    }
    //秒
    double elapsed_second()
    {
        return elapsed_ / 1000000.0;
    }

private:
    LARGE_INTEGER freq_;
    LARGE_INTEGER begin_time_;
    long long elapsed_;
};

那么，如何使用此封装的类呢，来看一下调用的例子：

stop_watch watch;
watch.start();
Sleep(100);
watch.stop();
cout << watch.elapsed() << " ns" << endl;

看看调用是不是更方便了呢，是不是有点似曾相识的感觉，对，没错，你猜对了。。。

参考资料

QueryPerformanceFrequency

QueryPerformanceCounter