使用 C++14 lambda 测量任意函数的执行时间

Question

Scott Meyer 的《Effective Modern C++》一书中的第 24 项让我很兴奋。他提到了编写 C++14 lambda 来记录任意函数调用所用时间的可能性。

我仍处于学习 C++14 功能的早期阶段。我的尝试（Main.cpp）看起来像这样来测量成员函数调用的时间：

#include <chrono>
#include <iostream>

auto measure = [](auto&& function, auto&&... parameters) -> decltype(function)
{
    const std::chrono::steady_clock::time_point startTimePoint =
    std::chrono::steady_clock::now();

    const auto returnValue = std::forward<decltype(function)>(function)(
            std::forward<decltype(parameters)>(parameters)...);

    const std::chrono::steady_clock::time_point stopTimePoint =
    std::chrono::steady_clock::now();

    const std::chrono::duration<double> timeSpan = std::chrono::duration_cast<
    std::chrono::duration<double>>(stopTimePoint - startTimePoint);

    std::cout << "Computation took " << timeSpan.count()
    << " seconds." << std::endl;

    return returnValue;
};

class Test
{
public:

    int computation(double dummy)
    {
        std::cout << "Received " << dummy << ". Computing..." << std::endl;

        return 123;
    }
};

int main(int, char**)
{
    Test instance;

    using Function = int (Test::*)(double);
    Function function = instance.computation;

    int result = measure(function, 1.0);

    std::cout << "Result: " << result << std::endl;

    return 0;
}

我收到以下编译错误：

..\src\Main.cpp: In function 'int main(int, char**)':
..\src\Main.cpp:43:36: error: cannot convert 'int (Test::*)(double)' to 'int' in initialization
    int result = measure(function, 1.0);
                                                                        ^
..\src\Main.cpp: In instantiation of '<lambda(auto:1&&, auto:2&& ...)> [with auto:1 = int (Test::*&)(double); auto:2 = {double}; decltype (function) = int (Test::*&)(double)]':
..\src\Main.cpp:43:36:   required from here
..\src\Main.cpp:9:69: error: must use '.*' or '->*' to call pointer-to-member function in 'std::forward<int (Test::*&)(double)>((* & function)) (...)', e.g. '(... ->* std::forward<int (Test::*&)(double)>((* & function))) (...)'
    const auto returnValue = std::forward<decltype(function)>(function)(
                                                     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^
        std::forward<decltype(parameters)>(parameters)...);
        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                

显然我做错了，但我不知道如何做对。有谁能够帮我？非常感谢！

Answer 1

有两种方法可以完成这项任务。

1. 接受一个函数（或函数对象），返回一个修改后的函数，该函数与原始函数执行相同的操作，并测量时间。返回的对象类型不能与接受的参数类型相同。它必须是 lambda（或自定义类类型，但 lambda 更简单）。实际测量是在调用 returned 对象时执行的。使用语法示例：

   result = measure(foo)(param1, param2);  // variant 1
   auto measured_foo = measure(foo);
   result = measured_foo(param1, param2);  // variant 2
   

2. 接受一个函数（或函数对象）和它的参数，调用它并执行测量。返回类型是原始函数的类型。使用语法示例：

   result = measure(foo, param1, param2);
   

您的measure 最接近第二个变体，唯一的错误与它 是声明。这是正确的：

auto measure = [](auto&& function, auto&&... parameters) -> decltype(auto)

确切地说，这不是唯一的错误。如果被测函数返回一个引用，则返回类型将是错误的。要解决此问题，请替换

const auto returnValue = ...

与

decltype(auto) returnValue = ...

在 lambda 的主体中

您的程序（但不是measure 本身）的另一个问题是您尝试使用成员函数的方式。

Function function = instance.computation;

这行不通。使用 lambda 或 std::bind 创建绑定成员函数。关于在 stackoverflow 上正确的方法，有无数个问题（和很好的答案）。

Live demo（通过引用返回工作）。

如果您想要第一种方法来创建测量函数，方法如下：

auto measure = [](auto&& function) -> decltype(auto)
{
    return [=](auto&&... parameters) mutable -> decltype(auto) {

        const std::chrono::steady_clock::time_point startTimePoint = 
            std::chrono::steady_clock::now();

        decltype(auto) result = function(std::forward<decltype(parameters)>(parameters)...);

        const std::chrono::steady_clock::time_point stopTimePoint =
            std::chrono::steady_clock::now();

        const std::chrono::duration<double> timeSpan = std::chrono::duration_cast<
        std::chrono::duration<double>>(stopTimePoint - startTimePoint);

        std::cout << "Computation took " << timeSpan.count()
                << " seconds." << std::endl;

        return result;
    };
};

Live demo（通过引用返回）。

特别注意decltype(auto) 的宗教用途。在第二个版本中还有mutable。

Answer 2

不知道你想在那里做什么，但如果这是你想要做的，我在这里猜测我做了什么：

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <functional>

auto measure = [](auto function, auto&&... parameters) -> decltype(function(parameters...))
{
    const std::chrono::steady_clock::time_point startTimePoint =
    std::chrono::steady_clock::now();

    auto returnValue = function(parameters...);

    const std::chrono::steady_clock::time_point stopTimePoint =
    std::chrono::steady_clock::now();

    const std::chrono::duration<double> timeSpan = std::chrono::duration_cast<
    std::chrono::duration<double>>(stopTimePoint - startTimePoint);

    std::cout << "Computation took " << timeSpan.count()
    << " seconds." << std::endl;

    return returnValue;
};

class Test
{
public:

    int computation(double dummy)
    {
        std::cout << "Received " << dummy << ". Computing..." << std::endl;

        return 123;
    }
};

int main(int, char**)
{
    Test instance;

    auto func = std::bind(&Test::computation, &instance, std::placeholders::_1);

    int result = measure(func, 1.0);

    std::cout << "Result: " << result << std::endl;

    return 0;
}

Answer 3

如果您出于任何原因不喜欢使用成员函数的函数指针（请参阅here），好的旧宏可以帮助您。有些人建议尽量减少宏的使用，但在这种情况下，我发现它更直观、易读和容易。任何任意函数（包括调用返回类型的类的公共成员函数）都可以使用以下宏进行计时。

#define timefnrt(W, X, Z){\
    time_t V = time(NULL);\
    W = X;\
    time_t Y = time(NULL);\
    Z = difftime(Y, V);\
};

Live code demonstration

如果函数返回一个void，这样的函数可以这样计时：

#define timefnvoid(X, Z){\
    time_t V = time(NULL);\
    X;\
    time_t Y = time(NULL);\
    Z = difftime(Y, V);\
};