std::chrono 有多准确？

Question

std::chrono

宣称它可以报告低至纳秒级别的结果。在典型的 x86_64 Linux 或 Windows 计算机上，人们期望该值的准确度如何？例如，测量 10 ns、10 µs、10 ms 和 10 s 时的误差线是多少？

Answer 1

这很可能取决于硬件和操作系统。例如，当我使用 QueryPerformanceFrequency() 询问 Windows 时钟频率是多少时，我得到 3903987，如果取其倒数，则得到大约 256 纳秒的时钟周期或分辨率。这是我的操作系统报告的值。

根据文档，使用 std::chrono 时，最小可表示持续时间为 high_resolution_clock::period::num / high_resolution_clock::period::den。

num 和 den 是分子和分母。 std::chrono::high_resolution_clock 告诉我分子是 1，分母是 10 亿，据说对应于 1 纳秒:

std::cout << (double)std::chrono::high_resolution_clock::period::num /   
std::chrono::high_resolution_clock::period::den; // Results in a nanosecond.

因此，根据 std::chrono 我有一纳秒分辨率，但我不相信它，因为本机操作系统系统调用更有可能报告更准确的频率/周期。

Answer 2

准确性将取决于应用程序以及该应用程序与操作系统的交互方式。我对计时并不熟悉，但您必须考虑较低级别的限制。

例如，如果使用 CPU 对网络数据包添加时间戳，则测量精度的噪声非常大。尽管时间测量的精度可能是 1 纳秒，但与数据包到达相对应的中断的上下文切换时间可能约为 1 微秒。您可以准确测量应用程序处理数据包的时间，但无法测量数据包到达的时间。

Answer 3

准确性取决于实现，据我所知，没有标准 API 来查询它。但是，您可以大致如下测量（godbolt）：

#include <chrono>
#include <iostream>

int main(int argc, char *argv[]) {
  const int num_measurements = 100;
  using clock = std::chrono::steady_clock;
  clock::time_point measurements[num_measurements];
  for (int i = 0; i < num_measurements; ++i) {
    measurements[i] = clock::now();
  }
  auto min_duration = clock::duration::max();
  for (int i = 1; i < num_measurements; ++i) {
    auto duration = measurements[i] - measurements[i - 1];
    if (duration != clock::duration() && duration < min_duration)
      min_duration = duration;
  }
  std::cout << min_duration;
}

在 godbolt 使用的 libstdc++ 和 Linux 上，这大约需要 20ns。

在 libc++ 和 macOS 上，这大约需要 41ns。

Answer 4

简短回答：微秒及以下不准确。

长答案：

我很想知道我的两个 dp 程序需要多少时间来执行。所以我使用了 chrono 库，但是当我运行它时它显示 0 微秒。所以从技术上来说我无法比较。我无法增加数组大小，因为不可能将其扩展到 1e8。

所以我写了一个排序程序来测试它并运行了100，结果如下：

很明显，对于相同的输入，它并不一致，所以我建议不要使用更高的精度。