boost：cpu_timer

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2023-01-22 04:59 24阅读 0赞

# 概述 #

*  在[这里][Link 1]我们初步学习了timer库，现在我们来看它们的高精度版本cpu\_timer
 *  cpu\_timer使用了chrono库的高精度时钟high\_resolution\_clock，不仅能够度量进程使用的实际时间，还能够度量CPU时间，它支持最高到微秒精度的计时，而且使用起来同样方便，是旧版本timer的很好替代品
 *  cpu\_timer库需要system库和chrone库的支持；将-lboost\_timer添加到库；它位于名字空间boost::timer，需要包含头文件`<boost/timer/timer>`

#include <boost/timer/timer.hpp>
    using namespace boost::timer;

## 时间类型 ##

typedef boost::int_least64_t nanosecond_type;         //计时用的ns类型
    
      struct cpu_times                                      //cpu时间类型
      {
        
        nanosecond_type wall;                               //挂钟(日历时间)
        nanosecond_type user;								//用户CPU(进程)时间
        nanosecond_type system;								//系统CPU(进程)时间
    
        void clear() {
         wall = user = system = 0LL; }       //清零
      };

*  cpu\_timer库以nanosecond\_type作为计时单位，但是因为系统限制它不会达到ns级别的精确度。实际情况wall的精度大约是us（1000ns），CPU时间的精度大约是10-15ms(1000\*1000ns)
 *  cpu\_timers整合里三个计算机常用的时间度量

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>度量</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>wall</td> 
   <td>挂钟(日历时间)，进程运行的实际时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>user</td> 
   <td>用户CPU(进程)时间，进程执行用户指令使用的CPU时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>system</td> 
   <td>系统CPU(进程)时间，进程执行系统内核调用使用的CPU时间</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  cpu\_timers是一个POD类型，只有一个简单的clear()成员函数用于时间清理

## cpu\_timer ##

class BOOST_TIMER_DECL cpu_timer
      {
        
      public:
        cpu_timer()  {
         start(); }  //构造函数，启用计时器
    
        bool          is_stopped() const ;   // 计时器是否停止
        cpu_times     elapsed() const;       // 计时器启动后流逝的时间
    
    	//格式化输出
        std::string   format(short places, const std::string& format) const;
        std::string   format(short places = default_places) const;
              
        //  actions
        void          start();               // 启动计时器
        void          stop();                // 暂停计时器
        void          resume();              // 恢复计时器计时
    
      private:
        cpu_times     m_times;               //计时成员变量
        bool          m_is_stopped;	         //是否停止计时器
      };

*  cpu\_timer的实现原理与timer类似，只是内部改用chrono库的高精度时钟来获得时间计量，并且时间计量也不是一个简单的std::clock\_t，而是改成了含有三个数值的类型cpu\_times
 *  cpu\_timer的构造函数调用start()记录当前时间作为计时起点，之后就可以用elapsed()来获得启动后流逝的挂钟/用户CPU/系统CPU时间。计时过程中我们可以用stop()暂停计时器，用resume()恢复计时器的运行，如果想重新启动计时器则需要调用start() 【timer需要使用的是restart()】
 *  cpu\_timers没有流输出功能，但是提供了格式化函数format()，可以把elapsed()的结构转换为一个可读的字符串：`Xs wall, Ys user + Zs system = Cs CPU (P%)`，表示进程运行了X秒的挂钟时间，Y秒的用户CPU时间，Z秒的系统CPU时间，合计C秒的CPU时间，总CPU时间占挂钟时间的百分比是P（当然，字符串的格式是可以自定义的）

#include <iostream>
    #include <boost/timer/timer.hpp>
    #include <vector>
    
    using namespace boost::timer;
    using namespace std;
    
    #include <boost/algorithm/string.hpp>
    int main()
    {
        
    
        vector<string> v(10, "nanodo");
    
        cpu_timer t;                          //构造函数，启动计时器
        assert(!t.is_stopped());             //计时器是否停止
    
        for(int i = 0; i < 10000; ++i){
        
            boost::join(v, "-");                           
        }
        t.stop();                               //停止计时器
        assert(t.is_stopped());
    
        cout << "pause for a while..." << endl;      //不计入时间
        cout << "we can do something..." << endl;
    
        t.resume();                    //恢复计时器运行
        assert(!t.is_stopped());
    
        for(string& x : v)
        {
           x +=x; }
    
        cout << t.format();  //格式化输出
    }

![在这里插入图片描述][20210517175455334.png]  
从上面我们可以知道，进程总共花费了0.012s时间，其中用户CPU时间约0.01s，系统CPU时间为0(即没有发生系统调用)，CPU时间占总运行时间78.0%

## auto\_cpu\_timer ##

auto\_cpu\_timer是一个类似`progress_timer`的自动计时器，它继承自cpu\_timer：

class BOOST_TIMER_DECL auto_cpu_timer : public cpu_timer
      {
        
      public:
    
        explicit auto_cpu_timer(short places = default_places);                          
                 auto_cpu_timer(short places, const std::string& format);               
        explicit auto_cpu_timer(const std::string& format);                              
                 auto_cpu_timer(std::ostream& os, short places,const std::string& format)                           
        explicit auto_cpu_timer(std::ostream& os, short places = default_places);        
                 auto_cpu_timer(std::ostream& os, const std::string& format)             
       ~auto_cpu_timer();
    
    
       std::ostream&       ostream() const       {
         return *m_os; }
       short               places() const        {
         return m_places; }
       const std::string&  format_string() const {
         return m_format; }
    
        //  actions
        void   report(); 
    
    
      };

*  auto\_cpu\_timer 具有cpu\_timer的所有接口，同progress\_timer一样，它会在析构的时候自动输出流逝的时间，非常的简单易用，我们也可以用report()函数直接向流输出计时结果
 *  auto\_cpu\_timer有6个构造函数，可以用来定制计时的输出格式

{
        
            auto_cpu_timer t;
            sleep(1);
        }

![在这里插入图片描述][20210517180723270.png]

## 定制输出格式 ##

cpu\_timer库的format函数使用两个参数来定制计时结果的时间类型cpu\_timers的格式：

*  短整型places用于指定输出值的小数点后精确度，默认值是6us，最多可以是9ns(但是因为计时精度的限制通常是没有意义的)
 *  字符串参数format用于指定输出的格式

const string fmt("%w 秒, %u 秒 + %s 秒 = %t 秒, 百分比是%p");
    auto_cpu_timer t(3, fmt);  // 指定精度和格式

>  *  %w : 挂钟时间，即cpu\_times.wall值
>  *  %u：用户CPU时间，即cpu\_times.user值
>  *  %s：系统CPU时间，即cpu\_times.system值
>  *  %t：总计CPU时间，即cpu\_times.user + cpu\_timers.system
>  *  %p：总计CPU时间占挂钟时间的百分比

cpu\_timer库里面还有两个格式化函数，用来把cpu\_times类型格式化为字符串，被cpu\_timer和auto\_cpu\_timer调用：

BOOST_TIMER_DECL
      std::string format(const cpu_times& times, short places, const std::string& format); 
    
      BOOST_TIMER_DECL
      std::string format(const cpu_times& times, short places = default_places);

示例如下：

const nanosecond_type ms = 1000 * 1000;
        cpu_times ct = {
        2000 * ms, 1000 * ms, 100 * ms};
        cout << format(ct, 7);

![在这里插入图片描述][20210518103818625.png]  
如果CPU时间值太小，小于cpu\_timer库的度量精度，那么百分比就会显式为n/a(not available)

cpu_times ct = {
        2000, 1000 , 100 };
    cout << format(ct, 7);  //使用默认格式输出

![在这里插入图片描述][20210518103947627.png]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/zhizhengguan/article/details/109093956
[20210517175455334.png]: /images/20221020/1b3fa11877114a59a7aeb604631314f3.png
[20210517180723270.png]: /images/20221020/999b3f97acab45a78f1605131bbe515e.png
[20210518103818625.png]: /images/20221020/6555b8a8fd47402880e90c09b9f9236e.png
[20210518103947627.png]: /images/20221020/9d516ee08786463094d6c0991c294fb3.png

boost：cpu_timer

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