对关注性能
开发人员而言
个好计时部件既是益友也是良师
计时器既可以作为组件帮助员精确控制进程又是件有力调试武器在有经验员手里可以尽快确定性能瓶颈或者对区别算法作出有说服力性能比较在Windows平台下
常用计时器有两种种是timeGetTime多媒体计时器它可以提供毫秒级计时但这个精度对很多应用场合而言还是太粗糙了另种是QueryPerformanceCount计数器随系统区别可以提供微秒级计数对于实时图形处理、多媒体数据流处理、或者实时系统构造员善用QueryPerformanceCount/QueryPerformanceFrequency是项基本功本文要介绍
是另种直接利用Pentium CPU内部时间戳进行计时高精度计时手段以下讨论主要得益于
Windows图形编程
书第15页－17页有兴趣读者可以直接参考该书有关RDTSC指令详细讨论可以参考Intel产品手册本文仅仅作抛砖的用在Intel Pentium以上级别
CPU中有个称为“时间戳(Time Stamp)”部件它以64位无符号整型数格式记录了自CPU上电以来所经过时钟周期数由于目前CPU主频都非常高因此这个部件可以达到纳秒级计时精度这个精确性是上述两种思路方法所无法比拟在Pentium以上
CPU中提供了条机器指令RDTSC(Read Time Stamp Counter)来读取这个时间戳数字并将其保存在EDX:EAX寄存器对中由于EDX:EAX寄存器对恰好是Win32平台下C
语言保存
返回值寄存器所以我们可以把这条指令看成是个普通
像这样:inline unsigned __
64 GetCycleCount
{
__asm RDTSC
}
但是不行
RDTSC不被C内嵌汇编器直接支持所以我们要用_emit伪指令直接嵌入该指令机器码形式0X0F、0X31如下:inline unsigned __
64 GetCycleCount{
__asm _emit 0x0F
__asm _emit 0x31
}
以后在需要计数器
场合可以像使用普通Win32 API样两次GetCycleCount比较两个返回值差像这样:unsigned long t;
t = (unsigned long)GetCycleCount
;//Do Something time-
ensive ...t -= (unsigned long)GetCycleCount
;Windows图形编程第15页编写了个类把这个计数器封装起来有兴趣读者可以去参考那个类代码作者为了更精确定时做了点小小改进把执行RDTSC指令时间通过连续两次GetCycleCount计算出来并保存了起来以后每次计时结束后都从实际得到计数中减掉这小段时间以得到更准确计时数字但我个人觉得这点点改进意义不大在我机器上实测这条指令大概花掉了几十到100多个周期在Celeron 800MHz机器上这不过是十分的微秒时间对大多数应用来说这点时间完全可以忽略不计；而对那些确实要精确到纳秒数量级应用来说这个补偿也过于粗糙了这个思路方法
优点是:1.高精度
可以直接达到纳秒级计时精度(在1GHzCPU上每个时钟周期就是纳秒)这是其他计时思路方法所难以企及2.成本低
timeGetTime 需要链接多媒体库winmm.libQueryPerformance* 根据MSDN介绍说明需要硬件支持(虽然我还没有见过不支持机器)和KERNEL库支持所以 2者都只能在Windows平台下使用(有关DOS平台下高精度计时问题可以参考图形开发人员指南里面有有关控制定时器8253详细介绍说明)但RDTSC指令是条CPU指令凡是i386平台下Pentium以上机器均支持甚至没有平台限制(我相信i386版本UNIX和Linux下这个思路方法同样适用但没有条件试验)而且开销是最小3.具有和CPU主频直接对应
速率关系个计数相当于1/(CPU主频Hz数)秒这样只要知道了CPU主频可以直接计算出时间这和QueryPerformanceCount区别后者需要通过QueryPerformanceFrequency获取当前计数器每秒计数次数才能换算成时间这个思路方法
缺点是:1.现有
C/C编译器多数不直接支持使用RDTSC指令需要用直接嵌入机器码方式编程比较麻烦2.数据抖动比较厉害
其实对任何计量手段而言精度和稳定性永远是对矛盾如果用低精度timeGetTime来计时基本上每次计时结果都是相同；而RDTSC指令每次结果都不样经常有几百甚至上千差距这是这种思路方法高精度本身固有矛盾有关这个思路方法计时
最大长度我们可以简单用下列公式计算:自CPU上电以来
秒数 = RDTSC读出周期数 / CPU主频速率(Hz)64位无符号整数所能表达
最大数字是1.8×10^19在我Celeron 800上可以计时大约700年(书中说可以在200MHzPentium上计时117年这个数字不知道是如何得出来和我计算有出入)无论如何我们大可不必关心溢出问题下面是几个小例子
简要比较了 3种计时思路方法使用方法和精度//Timer1.cpp 使用了RDTSC指令
Timer类//KTimer类定义可以参见Windows图形编程P15//编译行:CL Timer1.cpp /link USER32.lib
#
<stdio.h>#
\"KTimer.h\"
{
unsigned t;
KTimer timer;
timer.Start
;Sleep(1000);
t = timer.Stop
;pr
f(\"Lasting Time: %d\\n\",t);}
//Timer2.cpp 使用了timeGetTime
//需包含<mmsys.h>
但由于Windows头文件错综复杂关系//简单包含<windows.h>比较偷懒:)
//编译行:CL timer2.cpp /link winmm.lib
#
<windows.h>#
<stdio.h>{
DWORD t1, t2;
t1 = timeGetTime
;Sleep(1000);
t2 = timeGetTime
;pr
f(\"Begin Time: %u\\n\", t1);pr
f(\"End Time: %u\\n\", t2);pr
f(\"Lasting Time: %u\\n\",(t2-t1));}
//Timer3.cpp 使用了QueryPerformanceCounter
//编译行:CL timer3.cpp /link KERNEl32.lib
#
<windows.h>#
<stdio.h>{
LARGE_INTEGER t1, t2, tc;
QueryPerformanceFrequency(&tc);
pr
f(\"Frequency: %u\\n\", tc.QuadPart);QueryPerformanceCounter(&t1);
Sleep(1000);
QueryPerformanceCounter(&t2);
pr
f(\"Begin Time: %u\\n\", t1.QuadPart);pr
f(\"End Time: %u\\n\", t2.QuadPart);pr
f(\"Lasting Time: %u\\n\",( t2.QuadPart- t1.QuadPart));}
////////////////////////////////////////////////
//以上 3个举例
都是测试1秒钟休眠所耗费时间file://测/试环境:Celeron 800MHz / 256M SDRAM
// Windows 2000 Professional SP2
// Microsoft Visual C
6.0 SP5////////////////////////////////////////////////
以下是Timer1
运行结果使用是高精度RDTSC指令Lasting Time: 804586872
以下是Timer2
运行结果使用是最粗糙timeGetTime APIBegin Time: 20254254
End Time: 20255255
Lasting Time: 1001
以下是Timer3
运行结果使用是QueryPerformanceCount APIFrequency: 3579545
Begin Time: 3804729124
End Time: 3808298836
Lasting Time: 3569712
古人说
触类旁通从本介绍图形编程书上得到个如此有用实时处理知识我感到非常高兴有美不敢自专希望大家和我样喜欢这个轻便有效计时器参考资料:
[YUAN 2002]Feng Yuan 著
英宇工作室 译Windows图形编程机械工业出版社2002.4.P15-17 
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