如何在 C++ 中准确测量时间？

Question

我想非常准确地测量函数的执行时间，以皮秒为单位。在 C++ 中可以这么精确吗？我目前知道的测量时间的方法是：

1. __rdtscp()
2. std::chrono 时钟
3. clock.h clock_t

有谁知道这三个函数的准确度如何？哪一种可以实现皮秒时间测量，如果都不能，有什么办法可以降低噪音，让时间测量更准确？

目标系统是 Linux 版本 4.15.0-122-generic (buildd@lcy01-amd64-010) (gcc 版本 5.4.0 20160609 (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.12)) #124~16.04.1 -Ubuntu SMP

Answer 1

消费级计算机上的时钟无法以皮秒精度进行测量。单独获取当前时间的调用至少需要几十纳秒。

但是，您可以循环计时并测量整个经过的时间。然后计算每次迭代的平均时间。 <chrono> 让您可以轻松做到这一点并将结果计算到皮秒精度：

#include <chrono>
#include <iostream>

int
main()
{
    using picoseconds = std::chrono::duration<long long, std::pico>;
    constexpr auto N = 1000;
    auto t0 = std::chrono::steady_clock::now();
    for (int repeat = 0; repeat < N; ++repeat)
    {
        // measure this
    }
    auto t1 = std::chrono::steady_clock::now();
    auto d = picoseconds{t1 - t0}/N;
    std::cout << d.count() << "ps\n";
}

如果您真的想要精确，您可以测量循环开销（确保它没有被优化掉），然后在求平均值之前将其从总数中减去。

for (int repeat = 0; repeat < N; ++repeat)
{
    // measure empty loop overhead
    asm volatile("");
}

阻止优化器删除循环的语法是不可移植的。

Answer 2

如何在c++中准确测量时间？

测量时间最准确的标准方法是使用std::chrono::high_resolution_clock 或std::chrono::steady_clock。

可能存在系统提供的更准确的方法。要弄清楚这一点，第一步是弄清楚目标系统是什么。

有谁知道这三个函数的准确度如何？

取决于实现，也可能取决于硬件。

哪一种可以实现皮秒时间测量

在实践中可能没有。最快的 CPU 的周期时间以数百皮秒为单位。