C++ 高精度計時：QueryPerformanceCounter 實作指南

C++ 高精度計時：QueryPerformanceCounter 實作指南

在 Windows 平台上，QueryPerformanceCounter (QPC) 配合 QueryPerformanceFrequency 提供微秒級甚至納秒級的高精度計時，遠優於 clock() 或 GetTickCount()。

核心 API

• QueryPerformanceFrequency(&freq)：獲取計數器頻率（每秒計數數），存於 LARGE_INTEGER freq。
• QueryPerformanceCounter(&start)：獲取當前計數值。
• QueryPerformanceCounter(&end)：獲取結束計數值。

時間計算公式

elapsed_ms = (end.QuadPart - start.QuadPart) * 1000 / freq.QuadPart;
elapsed_us = (end.QuadPart - start.QuadPart) * 1000000 / freq.QuadPart;

完整範例程式

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    // 設定輸出格式：固定小數點，10 位精度
    cout.setf(ios::fixed);
    cout.setf(ios::showpoint);
    cout << setprecision(10);

    LARGE_INTEGER freq, start, end;
    QueryPerformanceFrequency(&freq);
    QueryPerformanceCounter(&start);

    // ---- 待測試代碼區 ----
    for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
        cout << " ";
    }
    // ----------------------

    QueryPerformanceCounter(&end);

    long long elapsed_ms = (end.QuadPart - start.QuadPart) * 1000 / freq.QuadPart;
    double elapsed_sec = (double)(end.QuadPart - start.QuadPart) / freq.QuadPart;

    cout << "Elapsed (ms): " << elapsed_ms << endl;
    cout << "Elapsed (s) : " << elapsed_sec << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意事項

1. 頻率固定：系統啟動後頻率不變，可在程式啟動時查詢一次並緩存。
2. 防止溢位：QuadPart 為 64 位有號整數，長時間運行差值不會溢位。
3. 多核心一致性：現代 Windows 保證 QPC 在所有核心間同步，可安全用於多執行緒計時。
4. 精度：典型頻率 2~3 MHz，理論精度約 0.5 微秒。

跨平台替代方案

• Linux/macOS：clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts)（納秒精度）。
• C++11 標準庫：std::chrono::high_resolution_clock（封裝了平台相關的高精度時鐘）。