如何使用c++的std::chrono进行高精度性能测量？ (替代C风格time)

std::chrono::high_resolution_clock 并非总是纳秒级，实际精度需运行时检查分母；应测代码块而非单次调用，避免在循环内频繁调用 now() 以防止测量污染。

std::chrono::high_resolution_clock 真的够高吗？

多数场景下，std::chrono::high_resolution_clock 是最接近硬件精度的时钟，但它在不同平台语义不同：Windows 上通常映射到 QueryPerformanceCounter（纳秒级），Linux 上常为 CLOCK_MONOTONIC（微秒或纳秒，取决于内核配置）。不能假设它一定返回纳秒——实际精度需运行时检查：

auto res = std::chrono::high_resolution_clock::period::den; // 分母，如 1000000000 表示纳秒

如何避免测量误差：别在循环里反复调用 now()

频繁调用 now() 本身有开销，尤其在 tight loop 中会污染测量结果。正确做法是「测一段代码块」，而非「测单次函数调用」：

• 用 auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now(); 记录起点
• 执行待测逻辑（确保编译器不优化掉，必要时加 volatile 或用结果）
• 再调用一次 now() 得终点，相减得 duration
• 避免把 now() 放进被测循环内部——那测的是时钟开销，不是你的算法

例如，错误写法：

for (int i = 0; i < N; ++i) {
    auto t = std::chrono::high_resolution_clock::now(); // ❌ 每次都调用
    do_work();
}

auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
for (int i = 0; i < N; ++i) {
    do_work();
}
auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now(); // ✅ 只调两次

duration_cast 的陷阱：向下取整 vs 四舍五入

std::chrono::duration_cast 默认向零截断（即向下取整），比如 1234 ns 转成 std::chrono::microseconds 得到 1 μs，不是 1.234。若需要更准的浮点表示，应先转为 double 基础单位：

• 要整数微秒：用 duration_cast<:chrono::microseconds>(end - start).count()
• 要带小数的毫秒：用 std::chrono::duration(end - start).count()
• 避免链式 cast：duration_cast(duration_cast(d)) 会多一次截断，直接 cast 到目标类型即可

常见误用：

auto d = end - start;
auto us = std::chrono::duration_cast(d).count(); // 截断后整数
auto us_f = std::chrono::duration(d).count(); // 保留小数，如 1234.567

跨线程 / 多核时要注意 clock 稳定性

high_resolution_clock 在某些老 CPU 或 BIOS 设置下可能受频率缩放影响（如 Intel SpeedStep），导致同一段代码在不同核心上测出差异较大的时间。若需严格可重现的性能数据：

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• 优先用 std::chrono::steady_clock（单调、不受系统时间调整影响，但精度可能略低）
• Linux 下可绑定进程到固定 CPU 核并禁用节能：taskset -c 0 ./bench && echo performance | sudo tee /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor
• Windows 上建议关闭「快速启动」和「连接待机」，并在电源选项中设为「高性能」

真正难搞的不是写对代码，而是让硬件别偷偷降频——很多“性能波动”问题根源在此。