[C++]找準確的等待時間的方法

很多的執行環境，需要的是高精度的，誤差值小的。秒以下時間的精度，可以大概分成奈秒(ns，10的-9次方)，微秒(us，10的-6次方)，毫秒(ms，10的-3次方)，更小的單位不是在我們一般計算機的範圍內。一般應用程式都用毫秒(ms)等級的方式來做等待或是計數，而C++裡頭有很多的時間函數，都是可以顯示毫秒單位的。不過可以顯示或設定不代表就很準確，像是Sleep這一種會飄動很大的函式，或是以秒為單位的，實際上就不是很適用，除非要求沒有很高的。這邊就單純去試驗哪個作法可以準確的執行一個固定時間（以1秒，1000毫秒為標準）。

會用到以下的方法：

-C++中用Assembler語法（RDTSC）
-QueryPerformanceCounter
-timeGetTime
-GetTickCount
-clock

說明：

-C++中用Assembler語法
用的方法就是所謂的RDTSC(Read Time Stamp Counter)，他是Intel CPU從Pentium以上就提供的timestamp值，單位是64位元的微秒(us)值。有一說C++ compiler不認得RDTSC，所以透過直接控制機碼(0x0F, 0x31)的方式可以達到。既然是CPU timestamp，理論上可以達到奈秒(ns)等級，不過實際上很多討論是說省電機制，新製程或是雙核以上CPU，這些都會造成CPU頻率漂移，因此得到的這個值就大大不準了，要是一個長時間等待的計算，中間頻率一變動，換算下來都是錯的。

inline unsigned __int64 GetCycleCount()
{
  __asm _emit 0x0F
  __asm _emit 0x31
}

-QueryPerformanceCounter
Windows的高精度Timer，單位是64位元的微秒(us)值，搭配QueryPerformanceFrequency返回的硬體計數器的頻率（一般是CPU頻率）來看，運用2次的QueryPerformanceCounter取得的值，再去除以頻率，就可以得到時間。由於這個是Windows API的最精確Timer，所以我用這個函式來當作頭尾的時間抓取，中間再去擺放不同方式做的等待時間，最後差值來看比較結果。

QueryPerformanceFrequency((LARGE_INTEGER *)&frequency)
QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER *)&counter)

- timeGetTime
這個是從系統啟動到被調用這個函式的時間，單位是一個32位元的毫秒(ms)值

#include <mmsystem.h>
#pragma comment(lib, "winmm.lib")
DWORD timeGetTime(void)

- GetTickCount
和上頭一樣是返回系統時間，單位是一個32位元的毫秒(ms)值

#include <windows.h>
DWORD GetTickCount(void)

- clock
和上頭一樣，但返回的是CPU的clock tick數，單位是一個long的值

clock_t clock(void)

然後以上具備之後，對每一種方法實做一個while loop等待，用的方式是等待同時也可以讓message收送，才不會都被這個while迴圈堵住：

now=end=0;
end = GetTime();
while(now<end+WaitTime){
  if(::PeekMessage(&msg,NULL,0,0,PM_REMOVE)){
    if(msg.message==WM_QUIT){
      ::PostQuitMessage(0);
    }
    else{
      ::TranslateMessage(&msg);
      ::DispatchMessage(&msg);
    }
  }
  now = GetTime();
}

--程式執行圖--

最後我還是有加上Sleep的等待來比較一下，顯示單位是毫秒(ms)。可以看出，在我電腦RDTSC和QueryPerformanceCounter的效果最好，誤差在微秒(us)等級，最準。而clock的方法就比較差。因此之後需要做一個等待時間的函數，應該選擇的就是QueryPerformanceCounter。

--完整Source Code(VC++ 2008 vaildated)

testWindowsTimer.7z