扩展std :: chrono功能以处理运行时（非编译时）常量周期

Question

我一直在Linux和OSX上尝试各种计时器，并且想尝试使用std :: chrono使用的相同接口来包装它们中的一些。

对于在编译时具有明确定义的“周期”的定时器，例如POSIX clock_gettime（）familiy，OSX上的clock_get_time（）系列或gettimeofday（），这很容易做到。

但是，有一些有用的计时器，“周期” - 而常量 - 只在运行时才知道。 例如： - POSIX表示clock（）的周期，CLOCKS_PER_SEC，可能是非XSI系统上的变量 - 在Linux上，时间段（）由运行时由sysconf（_SC_CLK_TCK）给出 - 在OSX上， mach_absolute_time（）在运行时由mach_timebase_info（）给出 - 在最近的英特尔处理器上，DST寄存器以恒定速率滴答，但当然只能在运行时确定

要将这些计时器包装在std :: chrono接口中，一种可能性是使用一段std :: chrono :: nanosecond，并将每个计时器的值转换为纳秒。 另一种方法可以是使用浮点表示。 但是，这两种方法都会给now（）函数带来（非常小的）开销，并且精度会损失（可能很小）。

我试图解决的解决方案是定义一组类来表示这样的“运行时常量”周期，这些周期与std :: ratio类相同。 但是我希望这将需要重写所有相关的模板类和函数（因为它们假设constexpr值）。

我如何将这些计时器包装成一个标准：chrono？

或者在时钟的时间段内使用非constexpr值？

Answer 1

有没有人有任何经验来包装这些计时器：chron？

其实我这样做。 在OSX上，您感兴趣的平台之一。 :-)

你提到：

在OSX上，mach_absolute_time（）的周期在运行时由mach_timebase_info（）给出

完全正确。 同样在OSX，在libc中++的执行high_resolution_clock和steady_clock实际上是基于mach_absolute_time 。 我是这段代码的作者，这是一个开源的慷慨许可证（只要您保留版权，就可以随意做任何事情）。

这是libc ++的steady_clock::now()的源代码。 它的构建方式与您推测的方式非常相似。 运行时间段在返回之前转换为纳秒。 在OS X上，转换因子通常为1，并且代码通过优化利用了这一事实。 但是，代码通常足以处理非1转换因子。

在第一次调用now() ，查询运行时转换因子为纳秒的成本很低。 在一般情况下，计算浮点转换因子。 在通常情况下（转换因子== 1），后续成本是通过函数指针调用。 我发现开销真的很合理。

在OS X上，转换因子虽然直到运行时才确定，但仍然是一个常量（即不随程序执行而变化），因此它只需要计算一次。

如果您的周期实际上是动态变化的，那么您需要更多的基础设施来处理这个问题。 基本上，您需要整合（微积分）周期与时间曲线，然后计算两个时间点之间的平均周期。 这需要随着时间的推移不断监测周期， <chrono>不是正确的工具。 这些工具通常在OS级别处理。

Answer 2

[有没有经验]或者在时钟的时间段内使用非constexpr值？

在阅读标准（20.11.5，类模板持续时间）后，“期间”预计将是“比率的专业化”：

备注：如果期间不是比率的专业化，则该计划格式错误。

并且所有计时模板都严重依赖于constexpr功能。

有没有人有任何经验来包装这些计时器：chron？

我在这里发现了一个建议，使用一个持续时间为period = 1，boost :: rational作为rep，虽然没有任何具体的例子。

Answer 3

我为自己的目的做了类似的事情，但仅限于Linux。 你在这里找到代码; 随时以您想要的方式使用代码。

我的实现所遇到的挑战与您问题中提到的问题部分重叠。 特别：

• 在运行时检索滴答因子（从时钟滴答转换为基于秒的时间单位所需），但仅使用第一次now() ^‡ 。 如果您担心这会导致较小的开销，您可以在启动之前调用now()函数，然后再测量任何实际间隔。 tick因子存储在一个静态变量中，这意味着仍有一些开销 - 在最低级别 - now()函数的每次调用都意味着检查静态变量是否已经初始化。 但是，这个开销在now()每次调用中都是相同的 ，所以它不应该影响测量时间间隔。

• 我默认情况下不会转换为纳秒，因为在测量相对较长的时间段（例如几秒钟）时，这会导致溢出很快。 这实际上是我不使用boost实现的主要原因。 我将基本单元实现为模板参数（在代码中称为Precision ），而不是转换为纳秒。 我使用来自C ++ 11的std::ratio作为模板参数。 所以我可以选择，例如，一个clock<micro> ，这意味着调用now()函数将在内部转换为微秒而不是纳秒，这意味着我可以测量许多秒或分钟的周期而没有溢出，仍然具有良好的精度。 （这与用于产生输出的单位无关。您可以使用clock<micro>并在几秒钟内显示结果等）

• 我的时钟类型叫做combined_clock ，它combined_clock了用户时间，系统时间和挂钟时间。 还有一种增强时钟类型，但它与std的比率类型和单位不兼容，而我的是。

^‡使用您建议的::sysconf()调用检索滴答因子，并保证在整个生命周期内返回一个相同的值。

所以你使用它的方式如下：

#include "util/proctime.hpp"

#include <ratio>
#include <chrono>
#include <thread>
#include <utility>
#include <iostream>

int main()
{
  using std::chrono::duration_cast;
  using millisec   = std::chrono::milliseconds;
  using clock_type = rlxutil::combined_clock<std::micro>;

  auto tp1 = clock_type::now();

  /* Perform some random calculations. */
  unsigned long step1 = 1;
  unsigned long step2 = 1;
  for (int i = 0 ; i < 50000000 ; ++i) {
    unsigned long step3 = step1 + step2;
    std::swap(step1,step2);
    std::swap(step2,step3);
  }

  /* Sleep for a while (this adds to real time, but not CPU time). */
  std::this_thread::sleep_for(millisec(1000));

  auto tp2 = clock_type::now();

  std::cout << "Elapsed time: "
            << duration_cast<millisec>(tp2 - tp1)
            << std::endl;

  return 0;
}

上面的用法涉及一个漂亮的打印函数，生成如下输出：

Elapsed time: [user 40, system 0, real 1070 millisec]