C++怎么计算程序运行时间 C++高精度计时器实现代码【测试】

std::chrono::high_resolution_clock是C++11起跨平台纳秒级计时首选，须用同一时钟的两个time_point相减得duration再转换单位；禁用编译器优化、避免绝对时间戳相减、长期监控应改用steady_clock。

用 std::chrono::high_resolution_clock 获取纳秒级时间差

在 C++11 及以后，std::chrono::high_resolution_clock 是最常用、最便携的高精度计时方案。它不依赖系统 API，跨平台（Windows/Linux/macOS）行为一致，且精度通常达纳秒级（实际取决于硬件和 OS 调度，但测量差值足够可靠）。

关键点是：必须用同一个时钟的两个 time_point 相减，得到 duration，再转为所需单位（如毫秒、微秒）。直接用 time(NULL) 或 clock() 精度太低，且受 CPU 占用率影响大。

常见错误：把 high_resolution_clock::now().time_since_epoch().count() 当作绝对时间戳相减——这在某些实现中可能因时钟重置或单调性问题出错；正确做法始终用 operator- 得到 duration。

示例：

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#include 
#include 
auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
// ... 你的代码
auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
auto duration = std::chrono::duration_cast(end - start);
std::cout << "耗时: " << duration.count() << " 微秒\n";

为什么不用 QueryPerformanceCounter 或 clock_gettime

这些是系统级 API，虽然底层精度高，但破坏了可移植性，且封装不当容易出错。比如 Windows 的 QueryPerformanceCounter 需要配合 QueryPerformanceFrequency 换算，若频率获取失败或未处理整数溢出，结果会偏差几个数量级；Linux 的 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...) 虽稳定，但需手动处理 struct timespec，还涉及链接 -lrt。

除非你在写内核模块、实时系统或对纳秒抖动有极端要求（如高频交易），否则 std::chrono 完全够用，且编译器对其做了充分优化。实测中，high_resolution_clock 在主流编译器（MSVC/GCC/Clang）下生成的汇编与直接调用系统 API 几乎等价。

注意：high_resolution_clock 在部分旧版 MinGW 或嵌入式 STL 中可能退化为 system_clock，可通过静态断言验证：

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下载

static_assert(std::chrono::high_resolution_clock::is_steady,
              "high_resolution_clock must be steady");

测试时避免编译器优化干扰计时结果

如果你测的是一个简单函数（比如排序小数组），编译器可能在 -O2 下整个优化掉，导致测出 0ns。这不是计时器不准，而是代码没执行。

解决方法：

• 用 volatile 或 std::atomic 强制保留计算结果（例如把返回值存到 volatile int sink）
• 将待测逻辑封装进函数，并禁用内联：[[gnu::noinline]]（GCC/Clang）或 __declspec(noinline)（MSVC）
• 运行多次取最小值或中位数，排除 OS 调度抖动（单次测量意义不大）

示例防优化写法：

[[gnu::noinline]] int compute_heavy() {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000; ++i) sum += i * i;
    return sum;
}
volatile int sink = compute_heavy(); // 防止被优化掉

跨平台计时库要不要引入？

像 Boost.Chrono 或 folly::Chrono 提供了更丰富的格式化和统计工具，但对单纯“测一段代码跑多久”属于过度设计。C++ 标准库的 chrono 已覆盖全部基础需求：构造、相减、转换、输出。

真正容易被忽略的是时钟的“稳定性”和“单调性”。high_resolution_clock 标准只要求它是“最高分辨率的可用时钟”，但未强制要求单调（即不保证不会倒流）。实践中，所有主流实现都基于单调时钟（如 Linux 的 CLOCK_MONOTONIC、Windows 的 QueryPerformanceCounter），但如果你做长时间运行的性能监控（小时级），建议显式使用 steady_clock ——它标准规定必须单调且不可逆。

所以，日常测试用 high_resolution_clock 没问题；长期服务监控请改用 std::chrono::steady_clock。