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[QT编程系列-42]: QT定时器

2023-11-04

目录

第1章 QT下的定时器

1.1 主要的对象

1.2 QTTimer定时的特点

1.3 QT高精度定时器QElapsedTimer: 计时

第2章 Windows操作系统下的高性能定时器

2.1 时钟分辨率

2.2 两种来实现高性能定时器：

2.3 timeSetEvent用法

第3章 timeSetEvent和QTimer比较

3.1 概述

3.2 精度比较

第1章 QT下的定时器

1.1 主要的对象

QT框架中提供了两种类型的定时器：QTimer和QTimerEvent。

  1. QTimer：QTimer是QT提供的一个高级定时器类，它基于QObject类，并且可以与事件循环一起工作。QTimer提供了灵活的定时器功能，可以执行单次或周期性的定时任务。

    使用QTimer，你可以执行以下操作：

    • 启动和停止定时器。
    • 设置定时器的间隔时间，即触发定时器事件的时间间隔。
    • 设置定时器的类型，包括单次执行和重复执行。
    • 与QObject的槽函数或lambda表达式连接，触发定时器事件时执行特定的操作。

    以下是使用QTimer的示例代码：

    QTimer *timer = new QTimer(this);

// 设置定时器间隔时间
timer->setInterval(1000); // 每隔1秒触发一次定时器事件

// 连接定时器事件和槽函数
// 定时器到期后，自动发送timeout信号
connect(timer, &QTimer::timeout, this, &MyClass::handleTimerEvent);

// 启动定时器
timer->start();

  2. QTimerEvent：QTimerEvent是QT中的一个事件类，它用于处理与QTimer相关的事件。在继承了QObject的类中，可以重写QObject的虚函数timerEvent(QTimerEvent* event)来处理定时器事件。

    以下是使用QTimerEvent的示例代码：

    void MyClass::timerEvent(QTimerEvent *event)
{
    if (event->timerId() == timerId) {
        // 处理定时器事件的逻辑
    }
    QObject::timerEvent(event);
}

QTimer是较为常用和方便的定时器类，它提供了简单的接口和信号槽机制来处理定时器事件。而QTimerEvent则更加底层，需要手动重写timerEvent函数，并进行定时器事件的处理逻辑。开发者可以根据具体需求选择使用哪种定时器类型。

1.2 QTTimer定时的特点

QT定时器的特点如下：

  1. 简单易用：QT定时器提供了简洁、易于使用的接口，使开发人员可以轻松创建和管理定时器对象。

  2. 灵活性：QT定时器支持各种类型的定时器，包括单次定时器、重复定时器和单次重叠定时器，可以根据具体需求选择合适的类型。

  3. 高精度：QT定时器能够提供高精度的计时能力，通常以毫秒级别为单位。这样，开发人员可以实现精确的定时任务，满足应用程序的需求。QT定时器的最小精度是毫秒。

  4. 线程安全：QT定时器可以安全地在多线程环境中使用。它提供了线程安全的机制，使定时器能够在不同线程中创建、启动和停止，以满足多线程应用程序的需求。

  5. 与信号槽机制集成：QT定时器可以与QT的信号槽机制无缝集成。开发人员可以将定时器的超时信号（timeout）与其他对象的槽函数或lambda表达式连接，实现灵活的定时任务逻辑。

  6. 多平台支持：QT定时器在不同平台的行为表现一致，无论是在Windows、MacOS、Linux等操作系统上，还是在嵌入式系统上。这保证了代码在不同平台下的可移植性和一致性。

  7. 高度集成：QT定时器可以与QT框架中的其他组件高度集成，如GUI控件、网络功能等。这使得开发人员可以将定时器与其他功能相结合，实现丰富的交互和功能。

综上所述，QT定时器具有简单易用、灵活性、高精度、线程安全、信号槽机制集成、多平台支持和高度集成等特点。它是QT开发中管理和执行定时任务的重要组件。无论是创建简单的定时器还是实现复杂的定时任务逻辑，QT定时器能够有效地满足开发人员的需求。

1.3 QT高精度定时器QElapsedTimer: 计时

QElapsedTimer主要用于衡量时间间隔，而不是作为实时定时器。它提供了对时间的高分辨率测量，但不具备定时器的触发和重复执行功能。

在QT中，针对高性能定时器需求，可以使用Qt的高分辨率定时器类QElapsedTimer。QElapsedTimer提供了纳秒级别的精确计时功能，适用于需要精确计时和高性能定时的应用场景。

使用QElapsedTimer进行高性能定时，可以按照以下步骤：

  1. 创建和启动QElapsedTimer对象：

    QElapsedTimer timer;
timer.start();

  2. 执行代码或任务：

    // 执行需要计时的代码或任务

  3. 获取经过的时间：

    qint64 elapsedTime = timer.nsecsElapsed();  // 获取经过的纳秒数

// 转换为所需时间单位（如毫秒）
qreal elapsedMilliseconds = static_cast<qreal>(elapsedTime) / 1000000.0;

示例代码：

#include <QCoreApplication>
#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);
    
    QElapsedTimer timer;
    timer.start();
    
    // 执行需要计时的代码或任务
    for (int i = 0; i < 10000000; ++i) {
        // 一些操作
    }
    
    qint64 elapsedTime = timer.nsecsElapsed();
    qreal elapsedMilliseconds = static_cast<qreal>(elapsedTime) / 1000000.0;
    qDebug() << "Elapsed time:" << elapsedMilliseconds << "ms";
    
    return a.exec();
}

使用QElapsedTimer类可以实现高性能的定时任务，尤其适用于需要测量代码执行时间或实现精确计时的应用程序。它提供了方便的接口来获取经过的纳秒数并进行单位转换，以满足不同精度的计时需求。

QElapsedTimer是Qt提供的一个高精度计时器类，用于测量时间间隔。它可以提供纳秒级别的精确计时，并且不受系统时间的影响。

以下是使用QElapsedTimer的示例代码：

#include <QCoreApplication>
#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QElapsedTimer timer;
    timer.start();

    // 执行需要计时的代码或任务
    for (int i = 0; i < 10000000; ++i) {
        // 一些操作
    }

    qint64 elapsedTime = timer.nsecsElapsed();
    qreal elapsedMilliseconds = static_cast<qreal>(elapsedTime) / 1000000.0;
    qDebug() << "Elapsed time:" << elapsedMilliseconds << "ms";

    return a.exec();
}

在上面的示例中，创建了QElapsedTimer对象timer，并使用timer.start()开始计时。

然后，在需要计时的代码或任务执行之后，调用timer.nsecsElapsed()获取经过的纳秒数。

如果需要将纳秒数转换为其他单位，可以使用除以适当的倍数来转换，例如将纳秒转换为毫秒，需要除以1000000。

最后，可以打印或使用获得的时间间隔进行后续处理。

请注意，QElapsedTimer的计时器受到系统的性能和精度限制，因此在不同的系统上可能会有所不同。但相对于Qt的QTimer类，QElapsedTimer提供了更高精度的测量能力，适用于需要准确计时的场景。

第2章 Windows操作系统下的高性能定时器

2.1 时钟分辨率

在Windows操作系统中，时钟分辨率是指操作系统提供的计时器的最小时间间隔。它决定了定时器的精度和能够设置的最小延迟时间。

Windows操作系统的默认时钟分辨率是15.6毫秒（ms），即0.0156秒。这意味着最小的延迟时间或定时器触发间隔是15.6毫秒。

然而，可以通过调用timeBeginPeriod函数来改变时钟分辨率。timeBeginPeriod函数允许应用程序请求更高的时钟精度。通常，较低的时钟分辨率会导致更高的系统资源消耗，因此应该根据实际需求进行权衡和使用。

请注意，更高的分辨率并不一定意味着更高的准确性。时钟分辨率受到系统硬件和操作系统调度的限制，并且实际的定时器触发时间可能会受到其他因素的影响，例如系统负载、其他进程的优先级、功耗管理等。

在使用时钟分辨率时，请考虑应用程序的需求和系统资源使用，并在必要时恢复默认的时钟分辨率。对于大多数通用应用程序而言，Windows默认的时钟分辨率已经足够使用。如有特定需求，可以使用高分辨率定时器等特定技术来获得更高的精确度和准确性。

2.2 两种来实现高性能定时器：

在Windows操作系统中，可以使用以下两种来实现高性能定时器：

  1. QueryPerformanceCounter 和 QueryPerformanceFrequency 函数：=》计时
    这是Windows操作系统提供的API函数，用于获取高性能计数器的值和频率。高性能计数器提供了一个非常精确的计时方式，可以用来测量短时间间隔的性能。这是通过QueryPerformanceFrequency函数获取计时器的频率（每秒计时器的计数数目），然后使用QueryPerformanceCounter函数获取当前计时器的计数值。

    示例代码：

    LARGE_INTEGER frequency;
LARGE_INTEGER start;
LARGE_INTEGER end;

QueryPerformanceFrequency(&frequency);
QueryPerformanceCounter(&start);

// 执行代码或任务

QueryPerformanceCounter(&end);
double elapsedTime = (end.QuadPart - start.QuadPart) * 1000.0 / frequency.QuadPart;

    使用QueryPerformanceCounter和QueryPerformanceFrequency函数可以获取非常高精度的时间戳，适用于实现精确计时和定时任务，尤其在需要测量代码执行时间或实现实时系统应用程序时。

  2. Multimedia Timers（多媒体定时器）：定时
    Windows操作系统还提供了多媒体定时器API，以实现高分辨率和低延迟的定时器功能。多媒体定时器允许以毫秒级的精度设置和触发定时器事件，适用于需要高性能定时器功能的多媒体应用程序和实时系统。

    这些API包括timeSetEvent、timeBeginPeriod和timeEndPeriod等函数。其中，timeSetEvent函数用于创建和启动定时器，可以指定定时器的触发间隔、回调函数等参数。

    示例代码：

    void CALLBACK TimerCallback(UINT uID, UINT uMsg, DWORD_PTR dwUser, DWORD_PTR dw1, DWORD_PTR dw2)
{
    // 定时器事件的处理逻辑
}

// 设置定时器并启动
UINT timerId = timeSetEvent(
    period,            // 间隔时间（单位：毫秒）
    resolution,        // 分辨率（单位：毫秒）
    TimerCallback,     // 回调函数
    0,                 // 回调函数参数
    TIME_PERIODIC      // 定时器类型 - 重复执行
);

// 停止定时器
timeKillEvent(timerId);

    使用多媒体定时器API可以实现高性能的毫秒级别定时器，适用于需要高精度的定时任务，并且对实时性要求较高的应用程序。

无论使用哪种方法，高性能定时器的准确性和精度受到多个因素的影响，包括硬件性能、系统负载等。在实际应用中，应根据实际需求和应用场景选择适合的方法，并进行充分的测试和验证，以确保定时器满足性能要求。

2.3 timeSetEvent用法

Windows API中的timeSetEvent函数用于设置定时器事件。

该函数允许您在指定的时间间隔内定期调用一个回调函数。

以下是timeSetEvent函数的用法：

MMRESULT timeSetEvent(
    UINT           uDelay,
    UINT           uResolution,
    LPTIMECALLBACK lpTimeProc,
    DWORD_PTR      dwUser,
    UINT           fuEvent
);

参数说明：

  • uDelay：指定事件触发的延迟时间（以毫秒为单位）。
  • uResolution：指定定时器的最小时间分度。较小的值表示较高的分辨率。通常使用1作为最小分度。
  • lpTimeProc：指向回调函数的指针，当定时器事件触发时将调用该函数。
  • dwUser：用于传递给回调函数的用户定义的值（可选）。
  • fuEvent：事件类型标志，可以是TIME_ONESHOT（定时器只触发一次）或TIME_PERIODIC（定时器定期触发）。

使用示例：

#include <Windows.h>
#include <iostream>

void CALLBACK TimerProc(UINT uTimerID, UINT uMsg, DWORD_PTR dwUser, DWORD_PTR dw1, DWORD_PTR dw2)
{
    std::cout << "Timer event triggered!" << std::endl;
}

int main()
{
    // 设置一个定时器，每1000毫秒触发一次
    MMRESULT timerId = timeSetEvent(1000, 0, TimerProc, 0, TIME_PERIODIC);
    if (timerId == 0)
    {
        std::cout << "Failed to set timer!" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 等待用户按下任意键停止定时器
    std::cout << "Timer started. Press any key to stop." << std::endl;
    std::cin.get();

    // 停止定时器
    MMRESULT result = timeKillEvent(timerId);
    if (result != TIMERR_NOERROR)
    {
        std::cout << "Failed to stop timer!" << std::endl;
        return 1;
    }

    std::cout << "Timer stopped." << std::endl;
    return 0;
}

上述示例代码中，我们创建了一个定时器，每1000毫秒触发一次。当定时器事件被触发时，回调函数TimerProc将被调用。用户可以通过按下任意键来停止定时器。

请注意，在使用timeSetEvent函数后，应使用timeKillEvent函数停止定时器。否则，定时器事件将会持续触发，可能导致不必要的问题。

第3章 timeSetEvent和QTimer比较

3.1 概述

timeSetEvent和QTimer是两个不同的定时器机制，分别对应于Windows平台的原生API和Qt框架中的定时器类。

  1. timeSetEvent：

    • timeSetEvent是Windows API提供的函数，用于设置定时器事件。
    • 它可以在指定的时间间隔内定期调用一个回调函数。
    • timeSetEvent需要手动设置参数，包括延迟时间、事件分辨率、回调函数等。
    • timeSetEvent是使用C/C++编程语言进行调用和使用。

  2. QTimer：

    • QTimer是Qt框架提供的定时器类，封装了定时器的常用操作。
    • 它基于事件循环机制，可以在Qt应用程序中使用。
    • QTimer提供了方便的接口和信号槽机制来处理定时器事件，无需手动设置回调函数。
    • QTimer提供了更高级别的功能，例如单次定时、间隔定时、暂停和重启等。

主要区别：

  • 实现方式不同：timeSetEvent是通过调用Windows API实现的，而QTimer是基于Qt框架提供的定时器类。
  • 参数设置：timeSetEvent需要手动设置参数，包括延迟时间、回调函数等，而QTimer受到Qt框架的封装，提供了更简单的接口和信号槽机制。
  • 平台依赖性：timeSetEvent是Windows特定的API，只能在Windows平台上使用。而QTimer是Qt框架的一部分，可以在跨平台的Qt应用程序中使用。

选择使用timeSetEvent还是QTimer取决于您的开发环境和需求。如果您正在使用Windows平台，并且更倾向于使用原生API和C/C++进行开发，则可以选择timeSetEvent。如果您使用Qt框架，并且希望使用更便捷的接口和信号槽机制，以及跨平台的可移植性，则可以选择QTimer。

3.2 精度比较

在精度方面，timeSetEvent和QTimer可能会有一些差异，具体取决于操作系统和硬件的限制。

（1）timeSetEvent:

  • 精度依赖于操作系统提供的时钟分辨率，可以通过设置uResolution参数来控制，最小单位为毫秒。
  • Windows操作系统的时钟分辨率通常为15.6毫秒，即最小分辨率为15.6毫秒。
  • 由于存在系统调度和其他任务的影响，timeSetEvent的实际触发时间可能会有一定的偏差。

（2）QTimer:

  • QTimer基于操作系统和使用的定时器设备驱动，可以实现更高的精度。
  • 在大多数情况下，QTimer的默认精度为10毫秒，即最小分辨率为10毫秒。
  • Qt框架使用操作系统提供的定时器机制（例如Windows下使用Multimedia Timer或定时器线程）来实现定时器功能。
  • QTimer的精度还受到机器负载、操作系统调度和其他因素的影响。

需要注意的是，无论是timeSetEvent还是QTimer，它们都无法提供绝对精确的定时器，因为操作系统和硬件的限制会造成一定的延迟和偏差。如果需要更高精度的定时功能，可能需要使用特定于硬件的定时器库或使用专用硬件设备。

总而言之，对于一般应用场景，QTimer通常具有足够的精度，可以满足大多数需求。但如果对精度要求非常高，例如实时应用或需要更精确时间控制的场景，可能需要使用其他方案来满足需求。

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