使用 C++14 lambda 測量任意函數的執行時間

Question

Scott Meyer 的書“Effective Modern C++”中的第 24 條讓我很興奮。 他提到了編寫 C++14 lambda 來記錄任意函數調用所用時間的可能性。

我仍處於學習 C++14 功能的早期階段。 我的嘗試 (Main.cpp) 看起來像這樣用於測量成員函數調用的時間：

#include <chrono>
#include <iostream>

auto measure = [](auto&& function, auto&&... parameters) -> decltype(function)
{
    const std::chrono::steady_clock::time_point startTimePoint =
    std::chrono::steady_clock::now();

    const auto returnValue = std::forward<decltype(function)>(function)(
            std::forward<decltype(parameters)>(parameters)...);

    const std::chrono::steady_clock::time_point stopTimePoint =
    std::chrono::steady_clock::now();

    const std::chrono::duration<double> timeSpan = std::chrono::duration_cast<
    std::chrono::duration<double>>(stopTimePoint - startTimePoint);

    std::cout << "Computation took " << timeSpan.count()
    << " seconds." << std::endl;

    return returnValue;
};

class Test
{
public:

    int computation(double dummy)
    {
        std::cout << "Received " << dummy << ". Computing..." << std::endl;

        return 123;
    }
};

int main(int, char**)
{
    Test instance;

    using Function = int (Test::*)(double);
    Function function = instance.computation;

    int result = measure(function, 1.0);

    std::cout << "Result: " << result << std::endl;

    return 0;
}

我收到以下編譯錯誤：

..\src\Main.cpp: In function 'int main(int, char**)':
..\src\Main.cpp:43:36: error: cannot convert 'int (Test::*)(double)' to 'int' in initialization
    int result = measure(function, 1.0);
                                                                        ^
..\src\Main.cpp: In instantiation of '<lambda(auto:1&&, auto:2&& ...)> [with auto:1 = int (Test::*&)(double); auto:2 = {double}; decltype (function) = int (Test::*&)(double)]':
..\src\Main.cpp:43:36:   required from here
..\src\Main.cpp:9:69: error: must use '.*' or '->*' to call pointer-to-member function in 'std::forward<int (Test::*&)(double)>((* & function)) (...)', e.g. '(... ->* std::forward<int (Test::*&)(double)>((* & function))) (...)'
    const auto returnValue = std::forward<decltype(function)>(function)(
                                                     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^
        std::forward<decltype(parameters)>(parameters)...);
        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~                

顯然我做錯了，但我不知道如何做對。 有誰能夠幫助我？ 非常感謝你！

Answer 1

有兩種方法可以完成這項任務。

1. 接受一個函數（或一個函數對象），返回一個修改后的函數，它做與原始函數相同的事情，加上測量時間。 返回的對象類型不能與接受的參數類型相同。 它必須是 lambda（或自定義類類型，但 lambda 更簡單）。 調用返回的對象時執行實際測量。 使用語法示例：

    result = measure(foo)(param1, param2); // variant 1 auto measured_foo = measure(foo); result = measured_foo(param1, param2); // variant 2

2. 接受一個函數（或函數對象）及其參數，調用它並執行測量。 返回類型是原始函數的類型。 使用語法示例：

    result = measure(foo, param1, param2);

您的measure最接近第二個變體，唯一有問題的是聲明。 這是正確的：

auto measure = [](auto&& function, auto&&... parameters) -> decltype(auto)

准確地說，這不是唯一錯誤的事情。 如果被測函數返回一個引用，返回類型將是錯誤的。 要解決此問題，請更換

const auto returnValue = ...

和

decltype(auto) returnValue = ...

在 lambda 的主體中

您的程序（但不是measure本身）的另一件事是您嘗試使用成員函數的方式。

Function function = instance.computation;

這是行不通的。 使用 lambda 或std::bind創建綁定成員函數。 關於在 stackoverflow 上執行此操作的正確方法，有無數個問題（和很好的答案）。

現場演示（通過參考工作返回）。

如果您想要創建測量函數的第一種方法，方法如下：

auto measure = [](auto&& function) -> decltype(auto)
{
    return [=](auto&&... parameters) mutable -> decltype(auto) {

        const std::chrono::steady_clock::time_point startTimePoint = 
            std::chrono::steady_clock::now();

        decltype(auto) result = function(std::forward<decltype(parameters)>(parameters)...);

        const std::chrono::steady_clock::time_point stopTimePoint =
            std::chrono::steady_clock::now();

        const std::chrono::duration<double> timeSpan = std::chrono::duration_cast<
        std::chrono::duration<double>>(stopTimePoint - startTimePoint);

        std::cout << "Computation took " << timeSpan.count()
                << " seconds." << std::endl;

        return result;
    };
};

現場演示（通過參考返回）。

特別注意decltype(auto)的宗教用途。 在第二個版本中也是mutable的。

Answer 2

不知道你想在那里做什么，但如果這是你想做的，我在這里猜測我做了什么：

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <functional>

auto measure = [](auto function, auto&&... parameters) -> decltype(function(parameters...))
{
    const std::chrono::steady_clock::time_point startTimePoint =
    std::chrono::steady_clock::now();

    auto returnValue = function(parameters...);

    const std::chrono::steady_clock::time_point stopTimePoint =
    std::chrono::steady_clock::now();

    const std::chrono::duration<double> timeSpan = std::chrono::duration_cast<
    std::chrono::duration<double>>(stopTimePoint - startTimePoint);

    std::cout << "Computation took " << timeSpan.count()
    << " seconds." << std::endl;

    return returnValue;
};

class Test
{
public:

    int computation(double dummy)
    {
        std::cout << "Received " << dummy << ". Computing..." << std::endl;

        return 123;
    }
};

int main(int, char**)
{
    Test instance;

    auto func = std::bind(&Test::computation, &instance, std::placeholders::_1);

    int result = measure(func, 1.0);

    std::cout << "Result: " << result << std::endl;

    return 0;
}

Answer 3

如果您出於任何原因不喜歡使用成員函數的函數指針（請參閱此處），那么好的舊宏可以為您提供幫助。 有些人建議盡量減少宏的使用，但在這種情況下，我發現它更直觀、更易讀且更容易。 可以使用以下宏對任意函數（包括調用返回類型的類的公共成員函數）進行計時。

#define timefnrt(W, X, Z){\
    time_t V = time(NULL);\
    W = X;\
    time_t Y = time(NULL);\
    Z = difftime(Y, V);\
};

現場代碼演示

如果函數返回void ，則可以這樣對此類函數進行計時：

#define timefnvoid(X, Z){\
    time_t V = time(NULL);\
    X;\
    time_t Y = time(NULL);\
    Z = difftime(Y, V);\
};