C++如何计算代码运行时间_C++中chrono库高精度计时教程【性能】

最稳妥的性能测试时钟是std::chrono::steady_clock，因其单调且不受系统时间调整影响；high_resolution_clock虽精度高但语义不如steady_clock明确；需用duration_cast转换time_point差值，避免直接使用count()或错误cast导致截断。

用 std::chrono::high_resolution_clock 获取真实运行时间

直接用 std::chrono::high_resolution_clock 是最稳妥的选择，它在绝大多数平台（Linux/macOS/Windows）上都映射到系统最高精度的单调时钟源。不要用 std::chrono::system_clock，它受系统时间调整影响，测性能会出错。

关键点：

• high_resolution_clock::now() 返回的是一个 time_point，不能直接相减得秒数，必须用 duration_cast
• 测量前建议调用一次 now() 预热，避免首次调用因缓存/TLB未命中带来偏差
• 如果只测一次短操作，务必循环多次再取平均，单次 nanoseconds 级别可能被噪声淹没

auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
// your code here
auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
auto ns = std::chrono::duration_cast(end - start).count();

为什么 std::chrono::steady_clock 更适合性能测试

steady_clock 是单调递增、不受系统时间修改干扰的时钟，C++11 起就保证其“稳定”，比 high_resolution_clock 语义更明确。虽然部分旧编译器（如 GCC 4.8）里它和 system_clock 同义，但现代标准下它才是性能测试的首选。

常见误用：

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• 把 steady_clock::now().time_since_epoch().count() 当作绝对时间戳用——它只是自某个未指定起点的 tick 数，仅差值有意义
• 跨线程共享 time_point 做比较——不同线程调用 now() 没问题，但若涉及 sleep 或调度延迟，需注意上下文一致性
• 用 microseconds 或 milliseconds 直接 cast 短于 1ms 的耗时——会截断为 0，应先 cast 到 nanoseconds 再转浮点

Windows 下 QueryPerformanceCounter 和 chrono 的实际差异

在 Windows 上，high_resolution_clock 底层通常就是 QueryPerformanceCounter（QPC），两者精度一致（约 15–25 ns）。但手动调用 QPC 有额外风险：

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• QPC 在某些老旧 BIOS 或虚拟机中可能不稳（计数器跳变），而 chrono 实现已做兜底适配
• QPC 返回的 LARGE_INTEGER 需配合 QueryPerformanceFrequency 手动换算，容易溢出或精度丢失
• Clang/MSVC 对 chrono 的内联优化更好，实测开销比裸 QPC 低 1–2 个周期

除非你在写驱动或极端受限环境，否则没必要绕过 chrono。

避免被编译器优化掉待测代码

这是最容易被忽略的问题：如果编译器发现你测的函数没有副作用，它可能整个删掉，导致测出 0ns。

解决方法（按优先级）：

• 把计算结果赋给 volatile 变量：volatile auto result = expensive_func();
• 用 asm volatile("" ::: "memory") 插入编译器屏障（GCC/Clang）
• 将输入数据声明为 volatile，或从 std::cin 读取（仅调试用）
• 关掉优化（-O0）只用于验证逻辑，不能代表真实性能

尤其注意：std::cout 不足以阻止优化，I/O 可能被延迟或缓冲，仍可能被裁剪。