C++开发基础之简单的计时器也有适配场景

一、前言

计时器的开发通常涉及到计算时间间隔的方法和计算时间的方式。一般计时器的开发步骤：

获取起始时间点：在开始计时时，记录当前的时间戳作为起始时间点。
获取结束时间点：在结束计时时，记录当前的时间戳作为结束时间点。
计算时间间隔：通过起始时间点和结束时间点的差值，计算出经过的时间间隔。
显示计时结果：将计算得到的时间间隔转换成合适的时间单位（如毫秒、秒等），并展示给用户。

二、计时器的适配场景

下面是对比各种方法实现计时器功能的优劣势、适用场景、精度、易用性和平台兼容性的表格：

方法	优势	劣势	适用场景	精度	易用性	平台兼容性
`<chrono>`	高精度、跨平台	需要 C++11 及以上标准支持	跨平台应用、需要高精度计时的场景	高	中	良好
标准库函数	简单易用	精度可能不够高	简单计时需求、不需要太高精度的场景	低 - 中	高	良好
系统特定函数	高精度、系统调用简单	可移植性差	特定平台上需要更高精度的计时需求	高	中	差
第三方库	功能丰富、可扩展性强	引入外部依赖	复杂计时需求、需要定制化计时功能的场景	高	高	良好
硬件计时器	高精度、硬件支持	硬件依赖性强	对计时精度要求极高的场景	非常高	中	依赖硬件

三、基于标准库实现

3.1 使用clock函数

使用 clock() 函数实现计时器功能。

记录开始时间：在需要开始计时的地方调用 clock() 函数，将其返回值保存为开始时间。
记录结束时间：在需要结束计时的地方再次调用 clock() 函数，将其返回值保存为结束时间。
计算时间间隔：将结束时间减去开始时间，然后除以 CLOCKS_PER_SEC 来获取经过的时间（以秒为单位）。

#include <iostream>
#include <ctime>int main() {clock_t start, end;double cpu_time_used;start = clock(); // 记录开始时间// 进行需要计时的操作for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {// do something}end = clock(); // 记录结束时间cpu_time_used = ((double) (end - start)) / CLOCKS_PER_SEC; // 计算时间间隔std::cout << "CPU time used: " << cpu_time_used << " seconds" << std::endl;return 0;
}

在这个示例中，首先记录了开始时间和结束时间，然后计算了经过的时间间隔。
请注意，由于 clock() 函数返回的是 CPU 时钟周期数，所以需要将其转换为秒数才能得到实际的时间间隔。

3.2 使用time函数

使用 time() 函数实现计时器相对简单，但其精度可能不足以满足高精度计时的需求。

#include <iostream>
#include <ctime>int main() {time_t start, end;double time_used;start = time(NULL); // 记录开始时间// 进行需要计时的操作for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {// do something}end = time(NULL); // 记录结束时间time_used = difftime(end, start); // 计算时间间隔std::cout << "Time used: " << time_used << " seconds" << std::endl;return 0;
}

在这个示例中，我们使用 time() 函数获取当前时间的秒数作为开始时间和结束时间，并通过 difftime() 函数计算时间间隔。
请注意，time() 函数返回的时间精度通常是秒级别，因此不适合需要高精度计时的场景。如果需要更高精度的计时功能，建议使用其他方法，如 <chrono> 头文件中的函数。

四、基于chrono库实现

使用<chrono>头文件中的功能来实现计时功能：

#include <iostream>
#include <chrono>class Timer {
public:void start() {startTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();}void stop() {endTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();}void displayDuration(const std::string& message) {auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(endTime - startTime);std::cout << message << ": " << duration.count() << " ms" << std::endl;}
private:std::chrono::time_point<std::chrono::high_resolution_clock> startTime, endTime;
};
int main() {Timer timer;timer.start();// 模拟一些操作for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {// do something}timer.stop();timer.displayDuration("Elapsed time");return 0;
}

在这个示例中，Timer类封装了计时器的功能。start()方法开始计时，stop()方法停止计时，displayDuration()方法用于显示经过的时间。
在main()函数中，创建一个Timer对象，调用start()开始计时，在模拟的操作后调用stop()停止计时，并调用displayDuration()方法显示经过的时间。

五、基于系统特定函数

5.1 QueryPerformanceCounter

可以使用Windows系统提供的QueryPerformanceCounter()函数来实现简单计时器功能：

#include <iostream>
#include <Windows.h>class Timer {
public:void start() {QueryPerformanceFrequency(&frequency);QueryPerformanceCounter(&startCounter);}void stop() {QueryPerformanceCounter(&endCounter);}void displayDuration(const std::string& message) {LARGE_INTEGER elapsedTime;elapsedTime.QuadPart = endCounter.QuadPart - startCounter.QuadPart;double duration = static_cast<double>(elapsedTime.QuadPart) / frequency.QuadPart;std::cout << message << ": " << duration << " seconds" << std::endl;}private:LARGE_INTEGER frequency;LARGE_INTEGER startCounter, endCounter;
};int main() {Timer timer;timer.start();// 模拟一些操作for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {// do something}timer.stop();timer.displayDuration("Elapsed time");return 0;
}

在这个示例中，Timer类使用QueryPerformanceCounter()函数来获取高精度的计时。start()方法开始计时，stop()方法停止计时，displayDuration()方法用于显示经过的时间。
在main()函数中，创建一个Timer对象，调用start()开始计时，在模拟的操作后调用stop()停止计时，并调用displayDuration()方法显示经过的时间。

5.2 GetTickCount64

GetTickCount64函数是Windows API中用于获取系统启动后经过的毫秒数的函数，它可以用来实现简单的计时器功能。

#include <iostream>
#include <Windows.h>class Timer {
public:void start() {startTime = GetTickCount64();}void stop() {endTime = GetTickCount64();}void displayDuration(const std::string& message) {DWORD duration = endTime - startTime;std::cout << message << ": " << duration << " ms" << std::endl;}private:ULONGLONG startTime, endTime;
};int main() {Timer timer;timer.start();// 模拟一些操作for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {// do something}timer.stop();timer.displayDuration("Elapsed time");return 0;
}

在这个示例中，Timer类使用GetTickCount64函数来获取系统启动后的毫秒数。start()方法开始计时，stop()方法停止计时，displayDuration()方法用于显示经过的时间。

在main()函数中，创建一个Timer对象，调用start()开始计时，在模拟的操作后调用stop()停止计时，并调用displayDuration()方法显示经过的时间。

六、基于第三方库实现

使用C++中的高精度计时器库ChronoLib来实现计时器功能：

#include <iostream>
#include "ChronoLib.h"int main() {Chrono::high_resolution_timer timer;double elapsed_time = 0.0;// 计时开始timer.start();// 执行需要计时的操作// ...// 计时结束elapsed_time = timer.elapsed();// 输出计时结果std::cout << "Elapsed Time: " << elapsed_time << " seconds" << std::endl;return 0;
}

在这个示例中，我们使用ChronoLib库中的high_resolution_timer类来实现高精度计时器功能。我们创建了一个计时器对象timer和一个变量elapsed_time来保存计时结果。在需要计时的操作执行前，我们通过start函数开始计时。在需要计时的操作执行完成后，我们使用elapsed函数来获取计时结果，并将结果保存到elapsed_time变量中。最后，我们输出计时结果。