C++ Academy · Урок

Измерение производительности кода

Проводите бенчмаркинг с chrono

«Измерение производительности кода» — бесплатный урок C++ Academy на CoddyKit. Это урок 3 из 4. Ты можешь прочитать весь урок бесплатно ниже — а потом практиковать его прямо в браузере с встроенным редактором кода и ИИ-репетитором 24/7. Это часть пути обучения C++ Academy, и твой прогресс синхронизируется между веб-версией и приложением CoddyKit. Курс C++ Academy содержит 4 уроков всего.

Зачем сравнивать производительность

Измерение времени выполнения кода помогает находить узкие места и проверять оптимизации. С помощью <chrono> Вы получаете переносимое и типобезопасное измерение времени.

Измеряйте производительность до оптимизации.
Используйте монотонные часы для надёжного измерения интервалов.

#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;
}

Основной шаблон

Шаблон измерения производительности всегда одинаков: получите now() перед выполнением работы, выполните её, получите now() после и вычтите значения.

#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;
}

Выбор единицы измерения

Выберите единицу, соответствующую рабочей нагрузке. Используйте microseconds или nanoseconds для быстрых циклов, а milliseconds — для более крупных задач.

#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;
}

Измерение времени с плавающей точкой

Для отображения секунд с дробной частью используйте duration<double>, чтобы сохранить точность меньше секунды.

#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;
}

Повторно используемый таймер

Оформите этот шаблон в небольшой вспомогательный компонент, чтобы удобно измерять время работы любого вызываемого объекта и не дублировать код.

#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;
}

Предотвращение удаления неиспользуемого кода

Компиляторы могут удалить вычисления, результат которых не используется, испортив результаты измерений. Всегда используйте результат, например выводя его или накапливая в наблюдаемой переменной.

#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;
}

Прогревочные запуски

Первый запуск может быть медленнее из-за кэшей и ленивой инициализации. Выполните прогревочный проход перед измерением, чтобы получить более стабильные результаты.

#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;
}

Усреднение нескольких запусков

Одно измерение может быть неточным. Выполните работу много раз, сложите прошедшие интервалы времени и разделите сумму, чтобы получить стабильное среднее значение.

#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;
}

Сравнение двух подходов

Сравнительное тестирование особенно полезно при сопоставлении реализаций. Измеряйте время работы каждой из них одинаковым способом и сравнивайте полученные длительности.

#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;
}

Учитывайте разрешение часов

Если измеряемая операция короче одного такта часов, Вы можете получить значение ноль. Выполните операцию достаточное количество раз, чтобы превысить разрешение часов.

#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;
}

Представление результатов

Преобразуйте итоговую длительность в удобную для чтения единицу и выведите её. Не скрывайте использованный результат, чтобы оптимизатор не удалил операцию.

#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;
}

Быстрая проверка

Проверьте своё понимание возможных ошибок при сравнительном тестировании.

Итоги

Вы узнали, как выполнять сравнительное тестирование кода с помощью <chrono>:

получать значение steady_clock::now() до и после операции, а затем вычитать одно из другого
выбирать подходящую единицу с помощью duration_cast
прогревать код, усреднять результаты нескольких запусков и использовать результаты, чтобы предотвратить удаление мёртвого кода
учитывать разрешение часов при работе с очень маленькими нагрузками

Далее Вы изучите типы календаря и часовых поясов из C++20.

Часто задаваемые вопросы

Урок «Измерение производительности кода» бесплатный?

Да — полный текст урока «Измерение производительности кода» бесплатно доступен здесь в веб-версии. Чтобы практиковать его интерактивно (встроенный редактор кода и ИИ-репетитор 24/7) и разблокировать остальной курс C++ Academy, подпишись на CoddyKit PRO. Курс C++ Academy содержит 4 уроков всего.

Чему я научусь в уроке «Измерение производительности кода»?

Проводите бенчмаркинг с chrono Ты практикуешь C++ Academy с помощью реального кода, который запускаешь прямо в браузере, и ИИ-репетитор 24/7 отвечает на твои вопросы во время урока.

Нужен ли мне опыт, чтобы начать C++ Academy?

Предыдущий опыт не требуется. C++ Academy на CoddyKit структурирован для всех уровней — от новичков до продвинутых, поэтому ты можешь начать отсюда или с самого начала и учиться в своем темпе. Это урок 3 из 4.

Сколько времени занимает урок «Измерение производительности кода»?

Большинство уроков CoddyKit занимают около 5–10 минут. Каждый из них компактный и интерактивный, поэтому ты постоянно делаешь прогресс и продолжаешь с того же места в веб-версии и приложении.

Можно ли писать и запускать код в этом уроке C++ Academy?

Да. Каждый урок C++ Academy включает встроенный редактор кода, поэтому ты пишешь и запускаешь реальный код прямо в браузере и получаешь моментальную обратную связь от AI — локальная установка не требуется.

Все уроки этого курса

← Назад к C++ Academy