使用 chrono::high_resolution_clock::now() 的奇怪行为

2023-11-26

我一直在研究各种游戏计时循环方法，例如格伦·费德勒和德威特。由于我自己的 C++ 知识限制，我发现关键领域很难理解。有了这个，我开始尝试实现我自己的方法......我想到了一个尝试了解这些方法的好方法。

[编辑1：我使用 CodeBlocks IDE 和 minGW-w64 (x64-4.8.1-posix-seh-rev5) 作为编译器]

[edit2：修改代码和输出窗口以包括第三个计时器，QueryPerformanceCounter]

在尝试实现此目标时，我遇到了以下问题：

最小代码：

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <windows.h>
#include <stdio.h>

using namespace std;
using namespace chrono;

LARGE_INTEGER startqpc, stopqpc, li;
double PCFreq = 0.0;


void print()
{
for (int p=0; p<1000000; ) p += 1;  //adjust till ms (steady) returns 1-2ms
}

int main()
{
    for(int x=0; x<200; x += 1)
    {
    steady_clock::time_point start = steady_clock::now();
    auto timePoint1 = chrono::high_resolution_clock::now();

    if(!QueryPerformanceFrequency(&li))
        cout << "QueryPerformanceFrequency failed!\n";
    PCFreq = double(li.QuadPart)/1000.0;
    QueryPerformanceCounter(&startqpc);

    print();

    steady_clock::time_point finish = steady_clock::now();
    auto timePoint2 = chrono::high_resolution_clock::now();
    QueryPerformanceCounter(&stopqpc);
    auto elapsedTime(timePoint2 - timePoint1);
    double diff = (stopqpc.QuadPart - startqpc.QuadPart)/PCFreq;

    cout << "Elapsed time: "
              << duration_cast<milliseconds>(finish - start).count() << "ms (steady)   "
              << chrono::duration_cast<chrono::duration<float, milli >> (elapsedTime).count() << "ms (hires)   "
              << diff << " (qpc) \n";

    }
}

为了进行比较，上面的代码使用了两个计时器。

在我的电脑上，输出如下：

Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.8429 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.8429 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.85152 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6001ms (hires)   1.85557 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.59283 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.25573 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.85072 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84263 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84263 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.85422 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84263 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84263 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6001ms (hires)   1.85099 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.31582 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.84964 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.52466 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   15.6ms (hires)   2.25169 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84263 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.26974 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84991 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84667 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.89518 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.87874 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.92213 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.87605 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84263 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.03126 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.87659 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.88467 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.24899 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.30316 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.23579 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93263 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.23552 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   15.6ms (hires)   2.42118 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.24522 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.23471 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.23848 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93425 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.9329 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6001ms (hires)   1.85126 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.35355 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.23687 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.23633 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.2374 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.23498 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.85449 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.0097 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.15441 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93263 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93425 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.23579 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   15.6ms (hires)   2.04554 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.1121 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.01779 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.07222 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.9329 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93425 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6001ms (hires)   1.95015 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.95177 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84587 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84479 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84425 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84533 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.85233 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.88278 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84667 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84479 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84533 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.88629 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84506 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.8456 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.8588 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.06225 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.23633 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93317 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.06009 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84533 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6001ms (hires)   1.86284 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93425 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.02803 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.26839 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93398 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.93641 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93371 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93344 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.9329 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.02345 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.08731 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.9356 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84506 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93398 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.09 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93371 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.03072 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.19213 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.85287 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.9321 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93344 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93317 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93344 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93263 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.42711 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6001ms (hires)   1.9418 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.9356 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.08947 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.9329 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93614 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   15.6ms (hires)   2.27702 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93614 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93317 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.08974 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.92698 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93317 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   15.6ms (hires)   2.09054 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.96066 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.96093 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.8456 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.8456 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.8456 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84533 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6001ms (hires)   1.91835 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.8456 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84587 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.8456 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.85233 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84425 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84479 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93317 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93317 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.23552 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   15.6ms (hires)   1.93102 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.07033 (qpc)
Elapsed time: 2ms (steady)   0ms (hires)   2.09405 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.9329 (qpc)
Elapsed time: 1ms (steady)   0ms (hires)   1.93263 (qpc)

Process returned 0 (0x0)   execution time : 0.484 s
Press any key to continue.

Using duration_cast<microseconds>(finish - start).count()/1000.0对于 stable_clock，我们看到以下内容：-

Elapsed time: 1.842ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1.842ms (steady)   0ms (hires)   1.84263 (qpc)
Elapsed time: 1.843ms (steady)   0ms (hires)   1.84317 (qpc)
Elapsed time: 1.842ms (steady)   0ms (hires)   1.84236 (qpc)
Elapsed time: 1.846ms (steady)   0ms (hires)   1.84694 (qpc)
Elapsed time: 1.845ms (steady)   0ms (hires)   1.8456 (qpc)
Elapsed time: 1.877ms (steady)   0ms (hires)   1.87685 (qpc)
Elapsed time: 1.916ms (steady)   15.6ms (hires)   1.9162 (qpc)
Elapsed time: 1.906ms (steady)   0ms (hires)   1.90623 (qpc)
Elapsed time: 1.905ms (steady)   0ms (hires)   1.90515 (qpc)
Elapsed time: 1.909ms (steady)   0ms (hires)   1.90919 (qpc)
Elapsed time: 1.905ms (steady)   0ms (hires)   1.90542 (qpc)
Elapsed time: 1.905ms (steady)   0ms (hires)   1.90488 (qpc)
Elapsed time: 1.844ms (steady)   0ms (hires)   1.84452 (qpc)
Elapsed time: 1.943ms (steady)   15.6ms (hires)   1.94287 (qpc)
Elapsed time: 1.872ms (steady)   0ms (hires)   1.87281 (qpc)
Elapsed time: 1.842ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
Elapsed time: 1.842ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
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Elapsed time: 1.842ms (steady)   0ms (hires)   1.84209 (qpc)
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Elapsed time: 1.845ms (steady)   0ms (hires)   1.84479 (qpc)

Process returned 0 (0x0)   execution time : 0.499 s
Press any key to continue

注意高分辨率时钟如何在 0 到 15.6ms 之间波动，并注意 stable_clock 比较。

我遇到的问题是，如果我要实现一个固定时间的游戏循环，其中 update() 代码恰好以 1000/60（每秒 60 个更新周期）即每 16.666 毫秒更新实体位置 - 那么这非常接近返回雇佣计时器波动值！真正的问题是，如果我还实现一个累加器来适应低于 1000/60ms 的游戏循环帧时间以及 update() 完成后的任何剩余时间，则更新循环会更快地进入 - 并且在不规则的时间点 - 比它应该。

上面的最小代码是否存在问题，如果没有，我是否应该关注这个问题以实现任何适当的固定时间实现？此外，如果相关的话，是否有任何方法可以隔离程序/线程，使其不会被系统 IRQ 或其他轮询事件中断？我猜雇用计时器可能会受到此类中断。

您的标准库的实现中有一个错误std::chrono.

我知道 Visual C++ 中存在这样一个错误，不确定您使用的是什么编译器，但是否支持std::chrono是最近添加的，它们可能仍然存在一些缺陷。

如果您使用 Visual C++，您应该注意：

C++头文件的high_resolution_clock没有高分辨率
stable_clock 类和 Clock() 函数不符合 C++11 和 C11 标准

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