每 1 秒调用一次函数（精确）

Question

我正在用 C++ 编写一个简单的游戏模拟程序，有一个名为 update() 的函数可以更新游戏的当前状态，它必须精确地每 1 秒调用一次。如果我使用这样的循环：

while(//some condition) {
     update();
     Sleep(1000);
}

那么该函数将不会每 1 秒调用一次，而是每 (1 + update () 的执行时间) 调用一次。 我阅读了各种解决方案，例如异步函数、多线程或使用 std::chrono 计算函数的执行时间并将其从 1000ms 参数中减去以休眠。其中一些对于我的简单案例来说太复杂了，如果我不太了解它们，其他一些似乎不安全。

谁能告诉我什么是适合我的要求的解决方案？ 提前致谢。

Answer 1

您需要睡眠直到一个时间点，而不是睡眠一段时间。例如，如果您的第一次更新恰好在 2:00:00.000，那么您未来的更新应尽可能接近 2:00:01.000、2:00:02.000 等。

要实现这一点，您可以指定一个线程来更新，并在更新后进入睡眠状态直到下一次进行预定更新。 chrono::system_clock::time_point 和 this_thread::sleep_until 是您执行此操作的工具。

例如：

#include <atomic>
#include <chrono>
#include <iostream>
#include <thread>

class UpdateManager
{
public:
    explicit UpdateManager() = default;

private:
    static std::atomic<int> now_;
    static std::atomic<bool> stop_;

    struct update_thread
        : private std::thread
    {
        ~update_thread();
        update_thread(update_thread&&) = default;

        using std::thread::thread;
    };

public:
    static update_thread start();
};

void update();

// source

std::atomic<int>  UpdateManager::now_{0};
std::atomic<bool> UpdateManager::stop_{false};

UpdateManager::update_thread::~update_thread()
{
    if (joinable())
    {
        stop_ = true;
        join();
    }
}

UpdateManager::update_thread
UpdateManager::start()
{
    return update_thread{[]
                         {
                             using namespace std;
                             using namespace std::chrono;
                             auto next = system_clock::now() + 1s;
                             while (!stop_)
                             {
                                 update();
                                 this_thread::sleep_until(next);
                                 next += 1s;
                             }
                         }};
}

#include "date/date.h"

void
update()
{
    using namespace date;
    using namespace std;
    using namespace std::chrono;
    cerr << system_clock::now() << '\n';
}

// demo

int
main()
{
    auto t = UpdateManager::start();
    using namespace std;
    this_thread::sleep_for(10s);
}

仅出于演示目的（逻辑不是必需的），我使用Howard Hinnant's, free, open-source date/time library 将当前时间 (UTC) 打印到微秒精度，以说明该技术的稳定性。该程序的示例输出是：

2018-05-02 15:14:25.634809
2018-05-02 15:14:26.637934
2018-05-02 15:14:27.636629
2018-05-02 15:14:28.637947
2018-05-02 15:14:29.638413
2018-05-02 15:14:30.639437
2018-05-02 15:14:31.637217
2018-05-02 15:14:32.637895
2018-05-02 15:14:33.637749
2018-05-02 15:14:34.639084

Answer 2

您可以避免使用 chrono 来代替这个更简单的选项。但是，如果您想要 μs-ns 精度，我强烈建议您使用 chrono。

#include <ctime>

while(//some condition) {

     std::clock_t start = std::clock();
     update();
     std::clock_t end   = std::clock();
     Sleep(1000 - (end - start)/CLOCKS_PER_SEC * 1000);
}

Answer 3

按照其他一些人的建议，确保事情在正确的时间发生的最佳方法是在 while 循环中使用 this_thread::sleep_until()。

我想确保我的循环从秒的底部开始，因此使用 chrono time_since_epoch 计算 next_full_second 时间点

interval 变量可以设置为秒或毫秒。使用open source date library by HowardHinnant 打印出漂亮的时间值。

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <thread>

#include "date/date.h"

using namespace date;
using namespace std;
using namespace std::chrono;

int main()
{

    system_clock::time_point now = system_clock::now();
    auto s = duration_cast<seconds>(now.time_since_epoch());
    system_clock::time_point next_full_second = system_clock::time_point(++s);

    auto interval = seconds(1); // or milliseconds(500) or whatever
    auto wait_until = next_full_second;

    while (1)
    {
        this_thread::sleep_until(wait_until);
        cout << system_clock::now() << endl;

        // do something

        wait_until += interval;
    }

    return 0;
}

Answer 4

查看此伪代码。如果每个进程（可能需要超过 1 秒）在单独的线程中异步完成，您可以根据需要在下一个循环之前恰好休眠 1 秒。

void MainGameLoop(bool& running)
{
    while (running)
    {
        AnimateSpritesAsync();
        AnimateBulletsAsync();
        CheckCollisionAsync();
        CheckWinConditionsAsync();

        WaitPreciselyOneSecond();
    }
}

例如，您的 update 函数将如下所示：

void update(); //your update 

void UpdateAsync()  // the async update
{
   std::thread([]() { update(); }).detach();
}

现在你可以：

void MainGameLoop(bool& running)
    {
        while (running)
        {
            UpdateAsync();    
            Sleep(1000); // i won't recommend Sleep tho
        }
    }