C++ Academy · Lekcja

Pomiar wydajności kodu

Wykonuj benchmarki za pomocą chrono

Pomiar wydajności kodu to bezpłatna lekcja C++ Academy na CoddyKit. To lekcja 3 z 4. Możesz przeczytać całą lekcję poniżej za darmo — a potem ćwiczyć ją interaktywnie w przeglądarce z wbudowanym edytorem kodu i tutorem AI dostępnym 24/7. To część ścieżki edukacyjnej C++ Academy, a Twój postęp synchronizuje się między webem a aplikacją CoddyKit. Kurs C++ Academy zawiera 4 lekcji w sumie.

Dlaczego przeprowadzać testy wydajności?

Mierzenie czasu działania kodu pomaga znaleźć wąskie gardła i zweryfikować optymalizacje. Dzięki bibliotece <chrono> otrzymują Państwo przenośny i bezpieczny typowo sposób pomiaru czasu.

Przed optymalizacją należy najpierw wykonać pomiary.
Należy używać stabilnego zegara do wiarygodnego mierzenia odstępów czasu.

#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    using namespace std::chrono;
    auto start = steady_clock::now();
    auto end = steady_clock::now();
    std::cout << "Timed a block: " << ((end - start).count() >= 0) << '\n';
    return 0;
}

Podstawowy wzorzec

Wzorzec testu wydajności jest zawsze taki sam: należy pobrać wartość now() przed wykonaniem operacji, wykonać ją, pobrać wartość now() po jej zakończeniu i odjąć obie wartości.

#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    using namespace std::chrono;
    auto start = steady_clock::now();
    long sum = 0;
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) sum += i;
    auto end = steady_clock::now();
    std::cout << "Sum: " << sum << ", elapsed >= 0: " << ((end - start).count() >= 0) << '\n';
    return 0;
}

Wybór jednostki

Należy wybrać jednostkę odpowiednią do obciążenia. Dla szybkich pętli należy używać microseconds lub nanoseconds, a dla większych zadań — milliseconds.

#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    using namespace std::chrono;
    auto start = steady_clock::now();
    long sum = 0;
    for (int i = 0; i < 500000; ++i) sum += i;
    auto end = steady_clock::now();
    auto us = duration_cast<microseconds>(end - start);
    std::cout << "Result: " << sum << ", us non-negative: " << (us.count() >= 0) << '\n';
    return 0;
}

Pomiar czasu zmiennoprzecinkowego

Aby uzyskać sekundy z ułamkami w formacie czytelnym dla człowieka, należy użyć duration<double>, zachowując precyzję poniżej jednej sekundy.

#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    using namespace std::chrono;
    auto start = steady_clock::now();
    long sum = 0;
    for (int i = 0; i < 200000; ++i) sum += i % 7;
    auto end = steady_clock::now();
    duration<double> secs = end - start;
    std::cout << "Computed " << sum << ", seconds >= 0: " << (secs.count() >= 0) << '\n';
    return 0;
}

Stoper wielokrotnego użytku

Należy opakować ten wzorzec w niewielki pomocnik, aby móc w przejrzysty sposób mierzyć czas dowolnego obiektu wywoływalnego i unikać powtarzania kodu.

#include <iostream>
#include <chrono>

long long timeWork() {
    using namespace std::chrono;
    auto s = steady_clock::now();
    long acc = 0;
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) acc += i;
    auto e = steady_clock::now();
    return duration_cast<microseconds>(e - s).count();
}

int main() {
    std::cout << "Microseconds non-negative: " << (timeWork() >= 0) << '\n';
    return 0;
}

Unikanie eliminowania martwego kodu

Kompilatory mogą usuwać operacje, których wynik nie jest używany, co psuje testy wydajności. Zawsze należy wykorzystać wynik, na przykład wyświetlając go lub dodając do widocznej zmiennej.

#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    using namespace std::chrono;
    auto s = steady_clock::now();
    volatile long sink = 0;
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) sink += i;
    auto e = steady_clock::now();
    std::cout << "Sink used: " << (sink > 0) << ", elapsed >= 0: " << ((e - s).count() >= 0) << '\n';
    return 0;
}

Przebiegi rozgrzewkowe

Pierwszy przebieg może być wolniejszy z powodu pamięci podręcznych i opóźnionej inicjalizacji. Przed pomiarem należy wykonać przebieg rozgrzewkowy, aby uzyskać stabilniejsze wyniki.

#include <iostream>
#include <chrono>

long work() {
    long a = 0;
    for (int i = 0; i < 50000; ++i) a += i;
    return a;
}

int main() {
    using namespace std::chrono;
    work();
    auto s = steady_clock::now();
    long r = work();
    auto e = steady_clock::now();
    std::cout << r << " measured, ok: " << ((e - s).count() >= 0) << '\n';
    return 0;
}

Uśrednianie wielu przebiegów

Pojedynczy pomiar jest podatny na zakłócenia. Należy wykonać operację wiele razy, zsumować czasy trwania i podzielić wynik, aby uzyskać stabilną średnią.

#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    using namespace std::chrono;
    long long total = 0;
    const int runs = 5;
    for (int r = 0; r < runs; ++r) {
        auto s = steady_clock::now();
        long acc = 0;
        for (int i = 0; i < 100000; ++i) acc += i;
        auto e = steady_clock::now();
        total += duration_cast<microseconds>(e - s).count();
    }
    std::cout << "Average us non-negative: " << ((total / runs) >= 0) << '\n';
    return 0;
}

Porównywanie dwóch podejść

Benchmarking doskonale sprawdza się przy porównywaniu implementacji. Należy zmierzyć czas każdej z nich w ten sam sposób i porównać uzyskane czasy trwania.

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <vector>

int main() {
    using namespace std::chrono;
    std::vector<int> v;
    auto s1 = steady_clock::now();
    for (int i = 0; i < 10000; ++i) v.push_back(i);
    auto e1 = steady_clock::now();
    v.clear();
    v.reserve(10000);
    auto s2 = steady_clock::now();
    for (int i = 0; i < 10000; ++i) v.push_back(i);
    auto e2 = steady_clock::now();
    std::cout << "Both timed: " << (((e1 - s1).count() >= 0) && ((e2 - s2).count() >= 0)) << '\n';
    return 0;
}

Uwaga na rozdzielczość

Jeśli mierzona praca trwa krócej niż takt zegara, można odczytać zero. Należy wykonać pracę wystarczająco wiele razy, aby przekroczyć rozdzielczość zegara.

#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    using namespace std::chrono;
    auto s = steady_clock::now();
    int x = 1 + 1;
    auto e = steady_clock::now();
    auto ns = duration_cast<nanoseconds>(e - s).count();
    std::cout << "x=" << x << ", tiny work may read low: " << (ns >= 0) << '\n';
    return 0;
}

Raportowanie wyników

Należy przeliczyć końcowy czas trwania na czytelną jednostkę i go wyświetlić. Należy pozostawić wykorzystany wynik widoczny, aby optymalizator nie mógł usunąć tej pracy.

#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    using namespace std::chrono;
    auto s = steady_clock::now();
    long acc = 0;
    for (int i = 0; i < 300000; ++i) acc += (i * 3) % 11;
    auto e = steady_clock::now();
    auto ms = duration_cast<milliseconds>(e - s).count();
    std::cout << "acc=" << acc << ", ms >= 0: " << (ms >= 0) << '\n';
    return 0;
}

Szybkie sprawdzenie

Sprawdź swoje rozumienie pułapek benchmarkingu.

Podsumowanie

Nauczono się, jak wykonywać benchmarking kodu za pomocą <chrono>:

przechwytywać steady_clock::now() przed pomiarem i po nim, a następnie odejmować uzyskane wartości
wybierać odpowiednią jednostkę za pomocą duration_cast
rozgrzewać kod, uśredniać wyniki wielu uruchomień i wykorzystywać wyniki, aby zapobiec eliminacji martwego kodu
uważać na rozdzielczość zegara przy bardzo małych zadaniach

Następnie poznane zostaną typy kalendarza i stref czasowych w C++20.

Często zadawane pytania

Czy lekcja „Pomiar wydajności kodu” jest bezpłatna?

Tak — pełny tekst „Pomiar wydajności kodu” jest dostępny za darmo tutaj w sieci. Aby ćwiczyć ją interaktywnie (wbudowany edytor kodu i tutor AI dostępny 24/7) i odblokować resztę kursu C++ Academy, przejdź na CoddyKit PRO. Kurs C++ Academy zawiera 4 lekcji w sumie.

Co nauczysz się w „Pomiar wydajności kodu”?

Wykonuj benchmarki za pomocą chrono Ćwiczysz C++ Academy z praktycznym kodem, który uruchamiasz bezpośrednio w przeglądarce, a tutor AI dostępny 24/7 odpowiada na Twoje pytania podczas pracy nad lekcją.

Czy potrzebuję doświadczenia, aby zacząć C++ Academy?

Nie wymagamy żadnego doświadczenia. C++ Academy w CoddyKit jest strukturyzowany dla początkujących i zaawansowanych użytkowników, więc możesz zacząć tutaj lub od początku i uczyć się w swoim tempie. To lekcja 3 z 4.

Ile czasu zajmuje lekcja „Pomiar wydajności kodu”?

Większość lekcji CoddyKit trwa około 5–10 minut. Każda lekcja to mały, interaktywny krok, dzięki czemu robisz systematyczne postępy i zawsze wracasz dokładnie do tego samego miejsca — na webie i w aplikacji.

Czy mogę pisać i uruchamiać kod w tej lekcji C++ Academy?

Tak. Każda lekcja C++ Academy zawiera wbudowany edytor kodu, więc piszesz i uruchamiasz prawdziwy kod bezpośrednio w przeglądarce i od razu otrzymujesz sprzężenie zwrotne od AI — bez konfiguracji na komputerze.

Wszystkie lekcje w tym kursie

← Powrót do C++ Academy