最近在做足球機器人系統,筆者負責的是動態環境下機器人路徑規劃部分,用的是技術手段是"遺傳演算法+人工勢場法",硬體平臺是FIRA3VS3平臺,軟體平臺主要是先借助MATLAB進行原理性驗證,隨後移植到VC平臺上進行整機除錯。路徑規劃時間較為重要,這直接關係到系統實時性的問題。在MATLAB下程式執行時間可以通過"tin+tout"的方式很方便的得出來,但是在VC下時間的得出並沒有這麼簡單,下面是個人蒐集的一些有關這方面的資料,整理了下,貼出來跟大家分享,希望對各位有所幫助!歡迎彼此討論、交流、學習!
介紹
我們在衡量一個函式執行時間,或者判斷一個演算法的時間效率,或者在程式中我們需要一個定時器,定時執行一個特定的操作,比如在多媒體中,比如在遊戲中等,都會用到時間函式。還比如我們通過記錄函式或者演算法開始和截至的時間,然後利用兩者之差得出函式或者演算法的執行時間。編譯器和作業系統為我們提供了很多時間函式,這些時間函式的精度也是各不相同的,所以,如果我們想得到準確的結果,必須使用合適的時間函式。現在我就介紹windows下的幾種常用時間函式。
1:Sleep函式
使用:sleep(1000),在Windows和Linux下1000代表的含義並不相同,Windows下的表示1000毫秒,也就是1秒鐘;Linux下表示1000秒,Linux下使用毫秒級別的函式可以使用usleep。
原理:sleep函式是使呼叫sleep函式的執行緒休眠,執行緒主動放棄時間片。當經過指定的時間間隔後,再啟動執行緒,繼續執行程式碼。Sleep函式並不能起到定時的作用,主要作用是延時。在一些多執行緒中可能會看到sleep(0);其主要目的是讓出時間片。
精度:sleep函式的精度非常低,當系統越忙它精度也就越低,有時候我們休眠1秒,可能3秒後才能繼續執行。它的精度取決於執行緒自身優先順序、其他執行緒的優先順序,以及執行緒的數量等因素。
2:MFC下的timer事件
使用:1.呼叫函式SetTimer()設定定時間隔,如SetTimer(0,100,NULL)即為設定100毫秒的時間間隔;2.在應用程式中增加定時響應函式OnTimer(),並在該函式中新增響應的處理語句,用來完成時間到時的操作。
原理:同sleep函式一樣。不同的是timer是一個定時器,可以指定回撥函式,預設為OnTimer()函式。
精度:timer事件的精度範圍在毫米級別,系統越忙其精度也就越差。
3:C語言下的Time
使用:time_t t;time(&t);Time函式是獲取當前時間。
原理:time函式主要用於獲取當前時間,比如我們做一個電子時鐘程式,就可以使用此函式,獲取系統當前的時間。
精度:秒級別
4:COM物件中的COleDateTime,COleDateTimeSpan類
使用:COleDateTime start_time = COleDateTime::GetCurrentTime();
COleDateTimeSpan end_time = COleDateTime::GetCurrentTime()-start_time;
While(end_time.GetTotalSeconds() < 2)
{
// 處理延時或定時期間能處理其他的訊息
DoSomething()
end_time = COleDateTime::GetCurrentTime-start_time;
}
原理:以上代表延時2秒,而這兩秒內我們可以迴圈呼叫DoSomething(),從而實現在延時的時候我們也能夠處理其他的函式,或者訊息。COleDateTime,COleDateTimeSpan是MFC中CTime,CTimeSpan在COM中的應用,所以,上面的方法對於CTime,CTimeSpa同樣有效。
精度:秒級別
5:C語言下的時鐘週期clock()
使用: clock_t start = clock();
Sleep(100);
clock_t end = clock();
double d = (double)(start - end) / CLOCKS_PER_SEC;
原理:clock()是獲取計算機啟動後的時間間隔。
精度:ms級別,對於短時間內的定時或者延時可以達到ms級別,對於時間比較長的定時或者延遲精度還是不夠。在windows下CLOCKS_PER_SEC為1000。
6:Windows下的GetTickCount()
使用: DWORD start = GetTickCount();
Sleep(100);
DWORD end = GetTickCount();
原理:GetTickCount()是獲取系統啟動後的時間間隔。通過進入函式開始定時,到退出函式結束定時,從而可以判斷出函式的執行時間,這種時間也並非是函式或者演算法的真實執行時間,因為在函式和演算法執行緒不可能一直佔用CPU,對於所有判斷執行時間的函式都是一樣,不過基本上已經很準確,可以通過查詢進行定時。GetTickCount()和Clock()函式是向主機板BIOS要real time clock時間,會有中斷產生,以及延遲問題。
精度:WindowsNT 3.5以及以後版本精度是10ms,它的時間精度比clock函式的要高,GetTickCount()常用於多媒體中。
7:Windows下timeGetTime
使用:需要包含Mmsystem.h,Windows.h,加入靜態庫Winmm.lib.
timeBeginPeriod(1);
DWORD start = timeGetTime();
Sleep(100);
DWORD end = timeGetTime();
timeEndPeriod(1);
原理:timeGetTime也時常用於多媒體定時器中,可以通過查詢進行定時。通過查詢進行定時,本身也會影響定時器的定時精度。
精度:毫秒,與GetTickCount()相當。但是和GetTickCount相比,timeGetTime可以通過timeBeginPeriod,timeEndPeriod設定定時器的最小解析精度, timeBeginPeriod,timeEndPeriod必須成對出現。
8:windows下的timeSetEvent
使用:還記的VC下的Timer嗎?Timer是一個定時器,而以上我們提到幾種時間函式或者型別,實現定時功能只能通過輪訓來實現,也就是必須另外建立一個執行緒單獨處理,這樣會影響定時精度,好在windows提供了內建的定時器timeSetEvent,函式原型為
MMRESULT timeSetEvent( UINT uDelay, //以毫秒指定事件的週期
UINT uResolution, //以毫秒指定延時的精度,數值越小定時器事件解析度越高。預設值為1ms
LPTIMECALLBACK lpTimeProc, //指向一個回撥函式
WORD dwUser, //存放使用者提供的回撥資料
UINT fuEvent )// 標誌引數,TIME_ONESHOT:執行一次;TIME_PERIODIC:週期性執行
具體應用時,可以通過呼叫timeSetEvent()函式,將需要週期性執行的任務定義在 lpFunction回撥函式中(如:定時取樣、控制等),從而完成所需處理的事件。需要注意的是:任務處理的時間不能大於週期間隔時間。另外,在定時器使用完畢後,應及時呼叫timeKillEvent()將之釋放。
原理:可以理解為代回撥函式的timeGetTime
精度:毫秒,timeSetEvent可以通過timeBeginPeriod,timeEndPeriod設定定時器的最小解析精度, timeBeginPeriod,timeEndPeriod必須成對出現。
9:高精度時控函式QueryPerformanceFrequency,QueryPerformanceCounter
使用:LARGE_INTEGER m_nFreq;
LARGE_INTEGER m_nBeginTime;
LARGE_INTEGER nEndTime;
QueryPerformanceFrequency(&m_nFreq); // 獲取時鐘週期
QueryPerformanceCounter(&m_nBeginTime); // 獲取時鐘計數
Sleep(100);
QueryPerformanceCounter(&nEndTime);
cout << (nEndTime.QuadPart-m_nBeginTime.QuadPart)*1000/m_nFreq.QuadPart << endl;
原理:CPU上也有一個計數器,以機器的clock為單位,可以通過rdtsc讀取,而不用中斷,因此其精度與系統時間相當。
精度:計算機獲取硬體支援,精度比較高,可以通過它判斷其他時間函式的精度範圍。
10小結:以上提到常用的9種時間函式,由於他們的用處不同,所以他們的精度也不盡相同,所以如果簡單的延時可以用sleep函式,稍微準確的延時可以使用clock函式,GetTickCount函式,更高階的實用timeGetTime函式;簡單的定時事件可以用Timer,準確地可以用timeSetEvent;或取一般系統時間可以通time,或者CTime,或者COleDateTime,獲取準確的時間可以用clock,或者GetTickCount函式,或者timeGetTime函式,而獲取準確地系統時間要使用硬體支援的QueryPerformanceFrequency函式,QueryPerformanceCounter函式。