在 C++ 中进行实验时，测量某些函数的 cpu 时间的最佳方法是什么？答案

【问题标题】：What is the best way to measure the cpu time of some functions when doing experiments in C++?在 C++ 中进行实验时，测量某些函数的 cpu 时间的最佳方法是什么？
【发布时间】：2016-01-07 11:24:33
【问题描述】：

我有一些 C++ 代码，想测量各种函数的运行时间（cpu 时间）。

我知道这已经被问过很多次了，但是在所有问题中（一个可以找到here，另一个here ) 你会得到各种各样的答案。有些使用时钟，有些使用 gettimeofday，有些使用奇怪的功能，其他外部库。

哪种方法的精度和可靠性最好？我希望最多能达到纳秒吗？

我在 Ubuntu 14.04 下工作。

提前谢谢你。

【问题讨论】：

你能定义“最佳”吗？你心目中的标准是什么？
精度和可靠性。我希望最多能达到纳秒级。
对于分析，您需要可靠的高精度计数器，排除 gettimeofday() 或 rdtsc。在 Windows 上，我使用的是 QueryPerformanceCounter()，但不确定在其他平台上应该使用什么。
我的意思是让您编辑问题，以便它提及标准 - 就目前而言，它看起来是基于意见的。
“哪种方法最适合我，为什么？”我们到底应该怎么知道？！

标签： c++ performance

【解决方案1】：

TLDR：您可以很好地了解毫秒分辨率的热点，但由于各种原因，纳秒分辨率不起作用。

您可能可以找到或编写一些函数，为您提供计算机所能提供的最佳分辨率，但是，这仍然不能为您提供任何有意义的结果：

auto start = getBestPrecisionTime();
foo();
auto end = getBestPrecisionTime();
std::cout << "foo took " << to_nanoseconds(end - start) << "ns";

第一个问题是foo() 被另一个程序中断，而您实际上不是在测量foo()，而是foo() + some_random_service。解决这个问题的一种方法是进行 1000 次测量，希望其中至少有一次没有被打断，并采取这些测量中的最小值。根据foo() 实际花费的时间，您的机会从永远到永远。

同样，foo() 可能会访问位于 1/2/3/4 级缓存、RAM 或硬盘驱动器中某处的内存，因此您再次测量错误。您需要获取真实世界的数据，说明foo() 需要的内存在哪个内存中以及具有哪些访问时间的可能性有多大。

另一个主要问题是优化。衡量调试版本的性能没有多大意义，因此您需要在启用最大优化的情况下进行衡量。具有高优化级别的编译器将重新排序和内联代码。 getBestPrecisionTime 函数有两个选项：允许编译器将代码移过或不移过它。如果它允许重新排序，编译器会这样做：

foo();
auto start = getBestPrecisionTime();
auto end = getBestPrecisionTime();
std::cout << "foo took " << to_nanoseconds(end - start) << "ns";

然后进一步优化到

std::cout << "foo took 0ns";

显然，这会产生错误的结果，并且我遇到的所有计时功能都会添加障碍以禁止这样做。

但替代方案也好不到哪里去。如果没有测量，编译器可能会对此进行优化

foo();
bar();

进入

code_that_does_foo_bar;

由于更好地利用了寄存器/SIMD 指令/缓存/...，因此效率更高。但是，一旦您测量了性能，您就禁用了此优化并且测量了错误的版本。经过大量工作，您可能能够提取出code_that_does_foo_bar 中的哪些汇编指令源自foo()，但由于您甚至无法准确判断一条汇编指令需要多长时间，而且该时间还取决于您拥有的周围的汇编指令没有机会获得优化代码的准确数字。

你能做的最好的就是使用std::chrono::high_resolution_clock，因为它并没有变得更精确。

【讨论】：

+1 指出这不是时间测量的难点，而是设计一个有用的微基准来实际测量您要测量的内容，而不是隐藏您的事物的其他瓶颈重新尝试测量。 Agner Fog 有一些优秀的优化指南和时间测量库。除了时间之外，性能计数器还可以帮助您找出瓶颈是什么，并建议您可能会改变什么。性能计数器可以为您提供周期而不是秒的时间，因此可变频率不是问题（内存除外）

【解决方案2】：

你可以试试谷歌的基准库：https://github.com/google/benchmark

【讨论】：

【解决方案3】：

你的问题太宽泛了，无法给出一个的答案来统治所有问题。根据您的要求，如果您想要一个跨平台的解决方案，那么 std::chrono::high_resolution_clock 可能适合您。如果您无法访问支持它的 C++11 或更好的编译器，那么各种优秀的 'ol C 库时间函数可能就足够了。如果跨平台不是问题并且您只对 Windows 感兴趣，那么根据您的分辨率需求，可以使用 QueryPerfomanceCounter 或 GetTickCount。

如果您有特定需求，请在问题中提及。

【讨论】：