在 C++ 中测量/比较经过时间的最佳准确方法答案

【问题标题】：Best accurate way to measure/compare elapsed time in C++在 C++ 中测量/比较经过时间的最佳准确方法
【发布时间】：2022-07-06 09:06:23
【问题描述】：

我为什么要写这篇文章？

因为这是一个需要仔细解决的大问题
而且由于有很多人在时间测量方面遇到问题以改进他们的代码

那么让我向您展示在 C++ 代码中测量时间的完美方法

场景

假设我有一个自定义函数，可以找到一个数字的 地板平方根

int floorSqrt(int x)
{
    if (x <= 1) return x;
    int i = 1, result = 1;
    while (result <= x) { i++; result = i * i; }
    return i - 1;
}

而且我知道<cmath>库中的函数floor(sqrt(x))可以使用！

但我很关心时间性能，我想知道哪个函数执行的时间更长？

于是我搜索了很多，找到了一个原始的解决方案！

这是计算每个函数在其begin和end处的时间并计算difference

#include <chrono>

int num = 20221;

// measure time for floorSqrt(x)
auto begin1 = std::chrono::steady_clock::now();
floorSqrt(num);
auto end1 = std::chrono::steady_clock::now();
auto time1 = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds> (end1 - begin1).count();

// measure time for floor(sqrt(num))
auto begin2 = std::chrono::steady_clock::now();
floor(sqrt(num));
auto end2 = std::chrono::steady_clock::now();
auto time2 = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds> (end2 - begin2).count();

// print results
std::cout << "floorSqrt ("<< num << ") : "  << time1 << std::endl;
std::cout << "floor(sqrt("<< num << ")): "  << time2 << std::endl;

输出

floorSqrt (20221) : 130180
floor(sqrt(20221)): 18013

太好了，现在我知道floor(sqrt(x)) 快112167 纳秒！

但是让我们重复这个测试 10 次，看看结果

for (size_t i = 0; i < 10; i++)
{
    /* previous code */
}

输出

floorSqrt (20221) : 131491
floor(sqrt(20221)): 130523
floorSqrt (20221) : 1952
floor(sqrt(20221)): 2078
floorSqrt (20221) : 1495
floor(sqrt(20221)): 1825
floorSqrt (20221) : 1460
floor(sqrt(20221)): 1823
floorSqrt (20221) : 1454
floor(sqrt(20221)): 1716
floorSqrt (20221) : 1464
floor(sqrt(20221)): 1720
floorSqrt (20221) : 1498
floor(sqrt(20221)): 1762
floorSqrt (20221) : 1453
floor(sqrt(20221)): 1706
floorSqrt (20221) : 1432
floor(sqrt(20221)): 1730
floorSqrt (20221) : 1461
floor(sqrt(20221)): 1727

哪个是正确的测试？！！！

问题

测量和比较执行时间的理想且准确的方法是什么？

【问题讨论】：

标签： c++ performance benchmarking

【解决方案1】：

解决方案

在这种情况下，解决方案非常简单！

循环n次的代码
将所有结果存储在数组中
在数组中求中位数
比较两个函数的中值结果

当然没那么容易，需要考虑很多很多细节！

幸运的是，C++ Timeit library 可以准确、正确地完成这些事情！

如何测量 C++ 函数的执行时间？

#include "timeit.hpp"

std::cout << timeit(1000, floorSqrt, num).nanoseconds() << std::endl;

输出

不确定准确性？

那么让我们使用repeatit函数重复测试10次，看看结果

repeatit(10,[]{ std::cout << timeit(1000, floorSqrt, num).nanoseconds() << std::endl; });

输出

当然由于其他原因结果不会一样，但比正常测试要好很多

如何比较两个函数的执行时间？

int func1(){ return floorSqrt(num);   }
int func2(){ return floor(sqrt(num)); }
repeatit(10,[]{ compareit(1000, func1, func2); });

输出

[COMPARE IT] first(5827) > second(1770) x3 
[COMPARE IT] first(5825) > second(1762) x3 
[COMPARE IT] first(5825) > second(1764) x3 
[COMPARE IT] first(5832) > second(1765) x3 
[COMPARE IT] first(5830) > second(1761) x3 
[COMPARE IT] first(5836) > second(1768) x3 
[COMPARE IT] first(5824) > second(1767) x3 
[COMPARE IT] first(5831) > second(1768) x3 
[COMPARE IT] first(5822) > second(1762) x3 
[COMPARE IT] first(5828) > second(1765) x3

获得高精度的提示

不要像vscode那样在IDE中运行测试
使用valgrind之类的东西在终端中运行它

这样，我们就得到了两个函数之间真正的区别，并准确地比较了它们

【讨论】：