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如何计算C++多线程程序的运行时间？

2023-07-04 06:16:35 深夜i -- --

C++ 多线程运行时间计算

计算C++多线程程序的运行时间是一个常见但很有挑战性的问题。因为多线程程序的运行时间受到许多因素的影响，例如线程数、系统负载、硬件性能等等。在本文中，我们将讨论如何计算C++多线程程序的运行时间。

方法一：使用chrono库

Chrono库是C++标准库，它提供了用以度量时间的函数。我们可以使用它来度量程序运行时间。下面是一个基本的示例：


#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
void foo(){
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
}
int main() {
  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  // 执行foo()函数两次
  std::thread t1(foo);
  std::thread t2(foo);
  t1.join();
  t2.join();
  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  std::chrono::duration<double> diff = end-start;
  std::cout << "程序运行时间为" << diff.count() << "秒" << std::endl;
  return 0;
}

这个程序中，我们定义了一个`foo()`函数，它会让线程休眠1秒钟。然后，在`main()`函数中，我们启动两个线程来执行`foo()`函数，并在这两个线程结束后记录下程序运行的时间。

我们使用`std::chrono::high_resolution_clock::now()`函数来获取当前时间，并计算时间差。最后，我们输出程序运行的时间。

注意：`std::chrono`库适用于高精度计时，但在某些情况下，它的计数可能受到时钟分辨率和操作系统的限制。

方法二：使用读取CPU计数器

除了使用chrono库外，我们还可以使用CPU计数器来度量程序的运行时间。CPU计数器是专门用于度量CPU时间的计数器。在大多数CPU中，每个内核都有一个计数器，用于记录已经使用的CPU周期数。因此，通过读取这些计数器的值，我们可以准确地度量程序的运行时间。

下面是一个使用`rdtscp()`函数读取CPU计数器的示例：


#include <iostream>
#include <thread>
#include <stdint.h>
uint64_t rdtscp(){
  unsigned int hi, lo;
  __asm__ __volatile__ ("rdtscp" : "=a"(lo), "=d"(hi));
  return ((uint64_t)hi << 32) | "=d"(hi));
  return ((uint64_t)hi << 32) | lo;
void foo(){
  std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(1000));
}
int main() {
  uint64_t start = rdtscp();
  // 执行foo()函数两次
  std::thread t1(foo);
  std::thread t2(foo);
  t1.join();
  t2.join();
  uint64_t end = rdtscp();
  std::cout << "程序运行时间为" << end-start << "个CPU周期" << std::endl;
  return 0;
}

在这个程序中，我们定义了一个`rdtscp()`函数，它读取CPU计数器并返回当前的时间戳。然后，在`main()`函数中，我们启动两个线程来执行`foo()`函数，并在这两个线程结束后记录下我们读取的CPU计数器的值。

注意：在某些平台上，`rdtscp()`函数不可用。如果在某些平台上您无法使用`rdtscp()`，可以尝试使用其他计数器函数。例如`rdtsc()`函数。但需要注意`rdtsc()`函数的实现方式可能会受到CPU频率的影响，这可能会导致不同CPU计数的准确度不同。

在计算多线程程序的运行时间时，需要注意以下几点：

1. 程序的运行时间是从首次线程开始执行到所有线程完成的总时间。

2. 确保检查操作系统和硬件的最小分辨率，因为如果时间分辨率小于操作系统和硬件的最小分辨率，计算出的运行时间总是接近于0的值。

3. 尽可能多地运行程序，以确保获得精确的平均执行时间。

总之，计算C++多线程程序的运行时间是重要的，因为这使得我们可以评估程序的性能和效率。我们可以使用chrono库或CPU计数器来实现这个目标。两种方法都有自己的优缺点，但无论使用哪种方法，需要测试多次以获得精确的运行时间。

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