一个 C++ 纳秒级计时器

在性能关键型应用中，我们经常需要对代码的执行时间进行精确度到纳秒级别的测量。C++11 为我们提供了一个强大的工具——std::chrono 库，它可以帮助我们创建一个高精度计时器。

 

以下是一个使用 std::chrono 创建的纳秒级计时器的示例，并对其进行了详细的介绍。

#include <chrono>
#include <iostream>

class Timer {
public:
    Timer() : m_StartTimepoint(std::chrono::high_resolution_clock::now()) {}

    ~Timer() {
        Stop();
    }

    void Stop() {
        auto endTimepoint = std::chrono::high_resolution_clock::now();

        auto start = std::chrono::time_point_cast<std::chrono::nanoseconds>(m_StartTimepoint).time_since_epoch().count();
        auto end = std::chrono::time_point_cast<std::chrono::nanoseconds>(endTimepoint).time_since_epoch().count();

        auto duration = end - start;
        double ms = duration * 1e-6;

        std::cout << duration << "ns (" << ms << "ms)\n";
    }

private:
    std::chrono::time_point<std::chrono::high_resolution_clock> m_StartTimepoint;
};

在这个示例中，我们定义了一个 Timer 类，其构造函数记录了开始的时间点。当然，你也可以在需要开始计时的时候手动调用开始计时的函数，这里为了简化起见，我们在构造函数中开始计时。

Stop 函数记录了结束的时间点，并计算了开始到结束的时间差。这里我们使用 std::chrono::time_point_cast 函数将时间点转换为纳秒级别的计时，然后使用 time_since_epoch 函数获取自纪元（1970-01-01 00:00:00 UTC）以来的纳秒数。这样，我们可以通过结束时间的纳秒数减去开始时间的纳秒数，得到代码执行的总纳秒数。

计时器的使用如下：

int main() {
    {
        Timer timer;
        // 你需要计时的代码
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            std::cout << "Hello, World!\n";
        }
    }

    return 0;
}

这段代码会输出 Hello, World! 1000 次，然后输出这段代码执行的时间，精确到纳秒级别。

注意，在这个示例中，计时器是以一个代码块的生命周期来计算时间的。当我们创建 Timer 实例时，计时开始。当该实例超出其生命周期（即离开包含它的代码块）时，计时器的析构函数会自动调用，此时计时结束，并输出计时结果。这就是 RAII （资源获取即初始化）思想的应用。