几种C++计算程序运行时间的方法，包括针对代码段的高、低精度计时方法以及对于程序整体的计时方法。

代码段运行时间

高精度

1. C++11引入chrono库，用于精确计算程序运行时间，使用时需要包含头文件：

    #include <chrono>
   

2. chrono库定义的类、函数、常量等均在chrono子命名空间中，为了使表示形式简便，本文默认使用std::chrono命名空间：

    using namespace std::chrono;
   

3. chrono库定义了三个重要概念：

   • 持续时间（durations）：提供duration模板类将周期计数和周期精度耦合，用于测量时间跨度；
   • 时间点（time points）：提供time_point模板类表示相对于时钟纪元（epoch）的持续时间，用于表示时刻；
   • 时钟（clocks）：提供system_clock、steady_clock、high_resolution_clock模板类表示不同计时特性的时钟，用于在时间点与实际物理时间之间建立联系；

持续时间

原型声明：

template <class Representation,     // 算数类型，用于表示周期计数
          class Period = ratio<1>   // 分数表示的有理数，用于表示周期精度，默认为1秒
          >
class duration;

常用成员函数原型声明：

constexpr rep count() const;        // 返回周期计数
static constexpr duration zero();   // 返回为零的持续时间
static constexpr duration min();    // 返回持续时间能够表示的最小值
static constexpr duration max();    // 返回持续时间能够表示的最大值

chrono库对于实例化的duration模板类定义了别名，用于表示常用的时间类型：

不同持续时间类型之间可以使用duration_cast模板函数相互转换，原型声明：

template <class ToDuration, class Rep, class Period>
constexpr ToDuration duration_cast(const duration<Rep, Period>& dtn);

时间点

原型声明：

template <class Clock, class Duration = typename Clock::duration>
class time_point;

常用成员函数原型声明：

duration time_since_epoch() const;  // 返回相对于时钟纪元的持续时间
static constexpr time_point min();  // 返回时间点能够表示的最小值
static constexpr time_point max();  // 返回时间点能够表示的最大值

时钟

chrono库提供了三种时钟类型：

1. system_clock：系统时钟；

   • 实时（realtime），表示真实时间，可以转换为日历时间，日历时间是一个整数，表示协调世界时（Universal Coordinated Time，UTC）1970年1月1日00:00起经过的秒数，Unix时间就采用了这种表示方式；
   • 有符号（signed count），可以用负值表示新纪元时间（epoch time）之前的时间，新纪元时间指的是即1970年1月1日00:00 UTC；
   • 系统范围（system-wide），系统中运行的所有进程可以获得相同的时间；

2. steady_clock：稳定时钟，专门用于计算时间间隔；

   • 单调性（monotonic），返回的时间是单调递增的，每次调用now()成员函数返回的时间总是比之前返回的时间大；
   • 稳定性（steady）：每次时钟走时对应的实际时间是相同的；

3. high_resolution_clock：高精度时钟；

   • 最高精度（highest precision），是精度最高的时钟类型，时钟走时周期最小；
   • 在不同的标准库中实现不一致，通常是system_clock或steady_clock的别名，具体实现取决于标准库和系统配置，因此不建议使用；

常用成员函数原型声明：

static time_point now() noexcept;
static time_t to_time_t (const time_point& tp) noexcept;
static time_point from_time_t (time_t t) noexcept;

计算程序耗时

以steady_clock为例：

#include <chrono>

steady_clock::time_point start = steady_clock::now();   // 开始时间
// do something
steady_clock::time_point end = steady_clock::now();     // 结束时间
milliseconds duration =
    duration_cast<milliseconds>(end - start);           // 计算开始时间和结束时间之间用milliseconds表示的持续时间
double period_count = duration.count();                 // 计算用milliseconds表示的持续时间中有多少个周期
std::cout << "Spent " << period_count * milliseconds::period::num / milliseconds::period::den << " seconds."
          << std::endl;                                 // 使用周期数量和每个周期对应的时间计算运行时间（单位：s）
std::cout << "Spent " << period_count << " milliseconds." << std::endl; // 使用周期数量直接输出时间（单位：ms）

double system_stamp = duration<double>{steady_clock::now().time_since_epoch()}.count();

具体工程实现参考gaoxiang12/faster-lio。

低精度

1. ctime库用于获取和操作与日期和时间相关的信息，使用时需要包含头文件：

    #include <ctime>
   

2. ctime库定义了三个表示时间的数据类型：

   • clock_t：表示时钟滴答（clock tick）计数的基础数据类型；
   • time_t：表示日历时间（calendar time）的基础数据类型；

   • tm：表示日历时间的结构体类型：

     数据成员	类型	含义	范围	备注
     tm_sec	int	秒	0-60	60表示闰秒
     tm_min	int	分	0-59
     tm_hour	int	时	0-23
     tm_mday	int	日	1-31
     tm_mon	int	月	0-11
     tm_year	int	年		从1900年开始
     tm_wday	int	星期	0-6
     tm_yday	int	天数	0-365
     tm_isdst	int	是否使用夏令时		正值为是，负值为否

计算程序耗时

#include <ctime>

clock_t start = clock();    // 开始时间
// do something
clock_t end = clock();      // 结束时间
std::cout << "Spent " << double(end - start) / CLOCKS_PER_SEC   // 宏定义，表示每秒中的时钟滴答数
          << " seconds." << std::endl;                          // 输出时间（单位：s）

格式化时间戳

常用成员函数原型声明：

char* asctime(const struct tm* timeptr);    // 将tm类型转换为字符串，格式为“星期 月 日 时:分:秒 年”
char* ctime(const time_t* timer);           // 将time_t类型转换为字符串，相当于asctime(localtime(timer))
struct tm* gmtime(const time_t* timer);     // 将time_t类型转换为tm类型的UTC时间
struct tm* localtime(const time_t* timer);  // 将time_t类型转换为tm类型的本地时间
size_t strftime(char* ptr, size_t maxsize, const char* format,
                const struct tm* timeptr);  // 将tm类型转换为字符串，支持自定义格式

与时间相关的格式化输出符号：

示例：

#include <ctime>
#include <iomanip>  // std::put_time()
#include <sstream>  // std::ostringstream

std::string ConvertUnixStampToString(double unix_stamp) {
  // 将double类型的时间戳转换为time_t类型
  std::time_t time = static_cast<std::time_t>(unix_stamp);

  // 将time_t类型的时间戳转换为tm类型的本地时间
  std::tm local_time = *std::localtime(&time);

  // 将tm类型的本地时间格式化为字符串，格式为“年-月-日 时:分:秒”
  std::ostringstream oss;
  oss << std::put_time(&local_time, "%Y-%m-%d %H:%M:%S");

  // 返回字符串
  return oss.str();
}

程序整体运行时间

在Linux系统中使用time命令计算可执行文件的运行时间：

time ./a.out

参考

1. cplusplus
2. C++11——chrono库开发高精度计！我们可能学的不是同一门语言~-C语言编程俱乐部的文章-知乎
3. C++11的chrono库-小武的文章-知乎
4. chrono1-CSDN博客
5. chrono2-CSDN博客
6. C++下四种常用的程序运行时间的计时方法总结-阿贵的文章-知乎
7. gaoxiang12/faster-lio
8. ISO 8601 Date and time format-ISO
9. Linux time命令-菜鸟教程