測量C++程式執行時間
有個很奇怪的現象，我自認為寫得好的文章閱讀量只有一百多，隨手寫的卻有一千多——要麼是胡搞，要麼是比較淺顯。縱觀部落格園裡眾多閱讀過萬的文章，若非絕世之作，則必為介紹入門級知識的短文。為了讓我的十八線部落格上升到十七線，我打算寫幾篇短文。當然，短不等於隨便，不等於不負責任。客觀的，要有確鑿的依據，程式碼必須調通；主觀的，觀點儘量全面。
前兩天寫C++值多型，最後有一個性能比較，需要測量程式執行的時間，於是我重溫了相關知識，現整理如下。
C風格
在C程式和C++11以前的C++程式中，測量程式執行時間一般使用clock函式和CLOCKS_PER_SEC常量，定義在<time.h>中。
clock_t
long。
clock函式返回自一個與程式執行相關的時間起至呼叫時刻經過的時鐘週期數，型別為clock_t。由於起始時間是由實現定義的，clock函式的返回值沒有直接的意義，只有兩次呼叫clock的結果之差才有意義。
CLOCKS_PER_SEC表示一秒有多少個時鐘週期，在MSVC和GCC中都是1000，即C風格時間測量的精度為1毫秒。如果long的大小是4位元組，clock溢位需要24天，一般情況下足夠使用。
#include <stdio.h> #include <time.h> int work() { int sum = 0; for (int i = 0; i < 1e8; ++i) sum += i * i; return sum; } int main() { clock_t start, finish; start = clock(); volatile int result = work(); finish = clock(); printf("%fms\n", (double)(finish - start) / CLOCKS_PER_SEC * 1000); }
C++風格
從C++11起，C++提供了更加現代的時間工具，定義在<chrono>中，namespace std::chrono下。
chrono庫主要定義了三種類型：時鐘（clock）、時間點（time point）和時間段（duration）。時鐘產生時間點，時間點相減得到時間段，時間點加減時間段得到時間點。由於有auto自動型別推導和運算子過載的存在，我們在使用時很少需要寫明與時間相關的變數的型別。
C++標準規定了3種時鐘：
-
system_clock，系統範圍的掛鐘，可以理解為桌面右下角的時鐘，這個時鐘是可以調節的，因此system_clock的返回值可能不是單調的； -
steady_clock，穩定的、單調的時鐘，不受系統時間調節的影響，因而適合於測量時間間隔，通常測量程式執行時間就用steady_clock； -
high_resolution_clock，可用的最高精度的時鐘，可以是上面兩個的別名。
每個時鐘都有靜態方法now返回當前的時間點，is_steady常量表示時鐘是否單調（steady_clock::is_steady一定為true）。system_clock是唯一能與C中time_t互通的時鐘。
時鐘定義了成員型別period，表示一個時鐘週期的時長（以秒為單位）。在MSVC和GCC中，steady_clock::period都是nano，理論上的解析度為納秒。
兩個時間點相減可以得到時間段，呼叫其count函式可以獲得其數值，這個時間段的型別是由實現定義的。標準還定義了milliseconds、seconds等型別，為了得到以我們想要的單位表示的時間段，可以用duration_cast來轉換：
#include <iostream>
#include <chrono>
int work()
{
int sum = 0;
for (int i = 0; i < 1e8; ++i)
sum += i * i;
return sum;
}
int main()
{
auto start = std::chrono::steady_clock::now();
volatile int result = work();
auto finish = std::chrono::steady_clock::now();
auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(finish - start);
std::cout << duration.count() << "ms" << std::endl;
}
但是這樣只能輸出整數毫秒，如果想要更精確一點，一種方法是轉換成microseconds以後除以1000.0，更優雅地可以自己定義一種時間段型別，如duration<double, milli>，其中double表示這種時間段型別用double來儲存時鐘週期數量，milli表示時鐘週期為1ms。從由整數表示的duration到由浮點數表示的duration的轉換可以由duration的建構函式來完成，無需再用duration_cast：
auto start = std::chrono::steady_clock::now();
volatile int result = work();
auto finish = std::chrono::steady_clock::now();
using milliseconds = std::chrono::duration<double, std::milli>;
milliseconds duration = finish - start;
std::cout << duration.count() << "ms" << std::endl;
睡眠
另一個與時間相關的常用功能是程式睡眠，在C++11以前沒有標準的函式可以實現，C++11引入的併發解決了這個需求。
std::this_thread::sleep_for用於使當前執行緒掛起一段時間，其引數型別為duration模板例項，可以用milliseconds(100)等建立，也可以在using namespace std::chrono_literals後直接寫100ms（需要C++14）。引數不是普通整數，也就沒有了時間單位上的歧義。
#include <chrono>
#include <thread>
using namespace std::chrono_literals;
int main()
{
std::this_thread::sleep_for(100ms);
}