在Windows平台下,常用的计时器有两种,一种是timeGetTime多媒体计时器,它可以提供毫秒级的计时。但这个精度对很多应用场合而言还是太粗糙了。另一种是QueryPerformanceCount计数器,随系统的不同可以提供微秒级的计数。对于实时图形处理、多媒体数据流处理、或者实时系统构造的程序员,善用QueryPerformanceCount/QueryPerformanceFrequency是一项基本功。
我要介绍的,是另一种直接利用Pentium CPU内部时间戳进行计时的高精度计时手段。以下讨论主要得益于《Windows图形编程》一书,第15页-17页,有兴趣的读者可以直接参考该书。关于RDTSC指令的详细讨论,可以参考Intel产品手册。本文仅仅作抛砖之用。
在Intel Pentium以上级别的CPU中,有一个称为“时间戳(Time Stamp)”的部件,它以64位无符号整型数的格式,记录了自CPU上电以来所经过的时钟周期数。由于目前的CPU主频都非常高,因此这个部件可以达到纳秒级的计时精度。这个精确性是上述两种方法所无法比拟的。
在Pentium以上的CPU中,提供了一条机器指令RDTSC(Read Time Stamp Counter)来读取这个时间戳的数字,并将其保存在EDX:EAX寄存器对中。由于EDX:EAX寄存器对恰好是Win32平台下C++语言保存函数返回值的寄存器,所以我们可以把这条指令看成是一个普通的函数调用。像这样:
inline unsigned __int64 GetCycleCount()
{
__asm RDTSC
}
但是不行,因为RDTSC不被C++的内嵌汇编器直接支持,所以我们要用_emit伪指令直接嵌入该指令的机器码形式0X0F、0X31,如下:
inline unsigned __int64 GetCycleCount()
{
__asm _emit 0x0F
__asm _emit 0x31
}
以后在需要计数器的场合,可以像使用普通的Win32 API一样,调用两次GetCycleCount函数,比较两个返回值的差,像这样:
unsigned long t;
t = (unsigned long)GetCycleCount();
//Do Something time-intensive ...
t -= (unsigned long)GetCycleCount();
《Windows图形编程》第15页编写了一个类,把这个计数器封装起来。有兴趣的读者可以去参考那个类的代码。作者为了更精确的定时,做了一点小小的改进,把执行RDTSC指令的时间,通过连续两次调用GetCycleCount函数计算出来并保存了起来,以后每次计时结束后,都从实际得到的计数中减掉这一小段时间,以得到更准确的计时数字。但我个人觉得这一点点改进意义不大。在我的机器上实测,这条指令大概花掉了几十到100多个周期,在Celeron 800MHz的机器上,这不过是十分之一微秒的时间。对大多数应用来说,这点时间完全可以忽略不计;而对那些确实要精确到纳秒数量级的应用来说,这个补偿也过于粗糙了。
这个方法的优点是:
1.高精度。可以直接达到纳秒级的计时精度(在1GHz的CPU上每个时钟周期就是一纳秒),这是其他计时方法所难以企及的。
2.成本低。timeGetTime 函数需要链接多媒体库winmm.lib,QueryPerformance* 函数根据MSDN的说明,需要硬件的支持(虽然我还没有见过不支持的机器)和KERNEL库的支持,所以二者都只能在Windows平台下使用(关于DOS平台下的高精度计时问题,可以参考《图形程序开发人员指南》,里面有关于控制定时器8253的详细说明)。但RDTSC指令是一条CPU指令,凡是i386平台下Pentium以上的机器均支持,甚至没有平台的限制(我相信i386版本UNIX和Linux下这个方法同样适用,但没有条件试验),而且函数调用的开销是最小的。
3.具有和CPU主频直接对应的速率关系。一个计数相当于1/(CPU主频Hz数)秒,这样只要知道了CPU的主频,可以直接计算出时间。这和QueryPerformanceCount不同,后者需要通过QueryPerformanceFrequency获取当前计数器每秒的计数次数才能换算成时间。
这个方法的缺点是:
1.现有的C/C++编译器多数不直接支持使用RDTSC指令,需要用直接嵌入机器码的方式编程,比较麻烦。
2.数据抖动比较厉害。其实对任何计量手段而言,精度和稳定性永远是一对矛盾。如果用低精度的timeGetTime来计时,基本上每次计时的结果都是相同的;而RDTSC指令每次结果都不一样,经常有几百甚至上千的差距。这是这种方法高精度本身固有的矛盾。
关于这个方法计时的最大长度,我们可以简单的用下列公式计算:
自CPU上电以来的秒数 = RDTSC读出的周期数 / CPU主频速率(Hz)
64位无符号整数所能表达的最大数字是1.8×10^19,在我的Celeron 800上可以计时大约700年(书中说可以在200MHz的Pentium上计时117年,这个数字不知道是怎么得出来的,与我的计算有出入)。无论如何,我们大可不必关心溢出的问题。
下面是几个小例子,简要比较了三种计时方法的用法与精度
//Timer1.cpp 使用了RDTSC指令的Timer类//KTimer类的定义可以参见《Windows图形编程》P15
//编译行:CL Timer1.cpp /link USER32.lib
#include <stdio.h>
#include "KTimer.h "
main()
{
unsigned t;
KTimer timer;
timer.Start();
Sleep(1000);
t = timer.Stop();
printf( "Lasting Time: %d\n ",t);
}
//Timer2.cpp 使用了timeGetTime函数
//需包含 <mmsys.h> ,但由于Windows头文件错综复杂的关系
//简单包含 <windows.h> 比较偷懒:)
//编译行:CL timer2.cpp /link winmm.lib
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
main()
{
DWORD t1, t2;
t1 = timeGetTime();
Sleep(1000);
t2 = timeGetTime();
printf( "Begin Time: %u\n ", t1);
printf( "End Time: %u\n ", t2);
printf( "Lasting Time: %u\n ",(t2-t1));
}
//Timer3.cpp 使用了QueryPerformanceCounter函数
//编译行:CL timer3.cpp /link KERNEl32.lib
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
main()
{
LARGE_INTEGER t1, t2, tc;
QueryPerformanceFrequency(&tc);
printf( "Frequency: %u\n ", tc.QuadPart);
QueryPerformanceCounter(&t1);
Sleep(1000);
QueryPerformanceCounter(&t2);
printf( "Begin Time: %u\n ", t1.QuadPart);
printf( "End Time: %u\n ", t2.QuadPart);
printf( "Lasting Time: %u\n ",( t2.QuadPart- t1.QuadPart));
}
////////////////////////////////////////////////
//以上三个示例程序都是测试1秒钟休眠所耗费的时间
file://测/试环境:Celeron 800MHz / 256M SDRAM
// Windows 2000 Professional SP2
// Microsoft Visual C++ 6.0 SP5
////////////////////////////////////////////////
以下是Timer1的运行结果,使用的是高精度的RDTSC指令
Lasting Time: 804586872
以下是Timer2的运行结果,使用的是最粗糙的timeGetTime API
Begin Time: 20254254
End Time: 20255255
Lasting Time: 1001
以下是Timer3的运行结果,使用的是QueryPerformanceCount API
Frequency: 3579545
Begin Time: 3804729124
End Time: 3808298836
Lasting Time: 3569712
分享到:
相关推荐
这个名为“c++计时器(窗口)”的项目很可能是使用Microsoft Windows的API或者Qt、MFC等库来构建的一个桌面应用程序,它不仅提供计时功能,还具有记录时间的能力。 首先,让我们了解一下C++中的计时器基本概念。...
本篇将详细探讨如何构建一个C++计时器类,以及如何利用它来获取当前间隔时间、进行计时控制以及统计FPS(Frames Per Second)帧数。 首先,`AITimer.cpp`和`AITimer.h`是实现计时器类的源代码文件。`AITimer.h`通常...
C++计时器是编程中一个非常实用的工具,它可以帮助开发者测量代码执行的时间,从而进行性能优化。本文将深入探讨C++实现计时器的原理、方法,并提供一个简单的可编译源码示例。 在C++中,计时器通常通过标准库中的`...
基于c++的倒计时插件,时间为17:15,小插件,自己做着玩的
在C++编程中,计时器是一个非常实用的工具,常用于测量代码执行的时间,优化算法,或者在GUI应用程序中创建定时触发的事件。在这个MFC(Microsoft Foundation Classes)应用实例中,我们将深入探讨如何实现一个计时...
【C++程序 计时器 源代码】 在编程领域,C++是一种广泛应用的、高效且强大的面向对象编程语言。计时器是程序中一个常见的功能,它用于跟踪时间流逝,通常用于性能测试、定时任务或者如本例中所示的辩论赛计时。辩论...
本文将深入探讨如何使用C++实现这样的计时器,并涉及与CPU晶振相关的知识。 首先,C++标准库提供了一个名为`<chrono>`的头文件,它包含了用于处理时间点和持续时间的类。我们可以利用其中的`std::chrono::high_...
一个可以计时的小程序
精确到微秒级、毫秒级、秒级、分钟级;、 还可获取当前时间戳
在C++编程中,创建一个倒计时时钟是一项常见的任务,它可以用于各种应用程序,比如考试倒计时、任务截止时间提醒等。这个项目的核心在于理解时间处理和用户界面设计。以下是一些关于如何使用C++编写倒计时时钟的关键...
一个简单的C++计时器实现可能如下: ```cpp #include #include class Timer { public: Timer() { start_time = std::chrono::high_resolution_clock::now(); } ~Timer() { auto end_time = std::chrono::...
本篇文章将深入探讨如何使用C++来创建一个简单的计时器程序,这对于初学者来说是一个很好的学习项目。 首先,我们要理解C++中的时间管理。在C++标准库中,`<chrono>`库提供了处理时间点和时间间隔的功能。这个库...
【C++计时器项目】是一个使用C++编程语言实现的计时工具,它能够帮助开发者追踪代码执行的时间,从而优化程序性能。在C++中,实现计时器通常涉及时间戳的获取与处理,这涉及到C++标准库中的`<chrono>`头文件。这个...
在这个C++实现的上机计时收费系统中,我们可以探讨以下几个关键的知识点: 1. **数据结构与数据库设计**:首先,系统需要存储用户信息(如ID、姓名、余额)、上机记录(时间、费用)以及设备信息(机位编号、状态等...
在C++编程中,计时器是一个非常实用的工具,特别是在需要进行性能测试、游戏开发或者实时系统中。本项目是基于MFC(Microsoft Foundation Classes)框架实现的,MFC是微软提供的一种C++库,用于构建Windows应用程序...
根据给定的文件信息,我们可以总结出以下关于“C++倒计时代码”的知识点: ### 1. C++中的类定义 在C++中,类是面向对象编程的基础,用于封装数据和操作这些数据的方法。在本例中,定义了一个名为`time`的类来实现...
Visual C++源代码 26 如何使用Stopwatch实现高精度计时Visual C++源代码 26 如何使用Stopwatch实现高精度计时Visual C++源代码 26 如何使用Stopwatch实现高精度计时Visual C++源代码 26 如何使用Stopwatch实现高精度...
使用C++写的倒计时程序,具体时间可以自己设置,欢迎各位参考指正!
适用于windows DEVC++,是一个能输出一个彩色计时器的C++程序,需要先输入要记多少时,分,秒,输入完毕后屏幕会清空,进入一个彩色的计时器的界面(相同的数字是有相同的颜色),计时结束会发出一点声音 举例: (开始界面) ...
### C++计时类——实现微秒级别的时间统计 在计算机科学领域,特别是软件开发过程中,对于程序执行效率的分析尤为重要。为了能够准确地测量代码片段的执行时间,开发者经常需要借助于计时工具来进行时间统计。本文...