Windows中获取微妙的函数是什么?

YangMinyao 2005-10-30 08:23:40
Windows中获取微妙的函数是什么?
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vcmute 2005-10-30
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RDTSC>QueryPerformanceCount>GetTickCount
Featured 2005-10-30
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  对关注性能的程序开发人员而言,一个好的计时部件既是益友,也是良师。计时器既可以作为程序组件帮助程序员精确的控制程序进程,又是一件有力的调试武器,在有经验的程序员手里可以尽快的确定程序的性能瓶颈,或者对不同的算法作出有说服力的性能比较。

  在Windows平台下,常用的计时器有两种,一种是timeGetTime多媒体计时器,它可以提供毫秒级的计时。但这个精度对很多应用场合而言还是太粗糙了。另一种是QueryPerformanceCount计数器,随系统的不同可以提供微秒级的计数。对于实时图形处理、多媒体数据流处理、或者实时系统构造的程序员,善用QueryPerformanceCount/QueryPerformanceFrequency是一项基本功。

  本文要介绍的,是另一种直接利用Pentium CPU内部时间戳进行计时的高精度计时手段。以下讨论主要得益于《Windows图形编程》一书,第15页-17页,有兴趣的读者可以直接参考该书。关于RDTSC指令的详细讨论,可以参考Intel产品手册。本文仅仅作抛砖之用。
  在Intel Pentium以上级别的CPU中,有一个称为“时间戳(Time Stamp)”的部件,它以64位无符号整型数的格式,记录了自CPU上电以来所经过的时钟周期数。由于目前的CPU主频都非常高,因此这个部件可以达到纳秒级的计时精度。这个精确性是上述两种方法所无法比拟的。

  在Pentium以上的CPU中,提供了一条机器指令RDTSC(Read Time Stamp Counter)来读取这个时间戳的数字,并将其保存在EDX:EAX寄存器对中。由于EDX:EAX寄存器对恰好是Win32平台下C++语言保存函数返回值的寄存器,所以我们可以把这条指令看成是一个普通的函数调用。像这样:

inline unsigned __int64 GetCycleCount()
{
__asm RDTSC
}

但是不行,因为RDTSC不被C++的内嵌汇编器直接支持,所以我们要用_emit伪指令直接嵌入该指令的机器码形式0X0F、0X31,如下:

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

以后在需要计数器的场合,可以像使用普通的Win32 API一样,调用两次GetCycleCount函数,比较两个返回值的差,像这样:

unsigned long t;
t = (unsigned long)GetCycleCount();
//Do Something time-intensive ...
t -= (unsigned long)GetCycleCount();

  《Windows图形编程》第15页编写了一个类,把这个计数器封装起来。有兴趣的读者可以去参考那个类的代码。作者为了更精确的定时,做了一点小小的改进,把执行RDTSC指令的时间,通过连续两次调用GetCycleCount函数计算出来并保存了起来,以后每次计时结束后,都从实际得到的计数中减掉这一小段时间,以得到更准确的计时数字。但我个人觉得这一点点改进意义不大。在我的机器上实测,这条指令大概花掉了几十到100多个周期,在Celeron 800MHz的机器上,这不过是十分之一微秒的时间。对大多数应用来说,这点时间完全可以忽略不计;而对那些确实要精确到纳秒数量级的应用来说,这个补偿也过于粗糙了。
这个方法的优点是:

1.高精度。可以直接达到纳秒级的计时精度(在1GHz的CPU上每个时钟周期就是一纳秒),这是其他计时方法所难以企及的。

2.成本低。timeGetTime 函数需要链接多媒体库winmm.lib,QueryPerformance* 函数根据MSDN的说明,需要硬件的支持(虽然我还没有见过不支持的机器)和KERNEL库的支持,所以二者都只能在Windows平台下使用(关于DOS平台下的高精度计时问题,可以参考《图形程序开发人员指南》,里面有关于控制定时器8253的详细说明)。但RDTSC指令是一条CPU指令,凡是i386平台下Pentium以上的机器均支持,甚至没有平台的限制(我相信i386版本UNIX和Linux下这个方法同样适用,但没有条件试验),而且函数调用的开销是最小的。

3.具有和CPU主频直接对应的速率关系。一个计数相当于1/(CPU主频Hz数)秒,这样只要知道了CPU的主频,可以直接计算出时间。这和QueryPerformanceCount不同,后者需要通过QueryPerformanceFrequency获取当前计数器每秒的计数次数才能换算成时间。
这个方法的缺点是:

1.现有的C/C++编译器多数不直接支持使用RDTSC指令,需要用直接嵌入机器码的方式编程,比较麻烦。

2.数据抖动比较厉害。其实对任何计量手段而言,精度和稳定性永远是一对矛盾。如果用低精度的timeGetTime来计时,基本上每次计时的结果都是相同的;而RDTSC指令每次结果都不一样,经常有几百甚至上千的差距。这是这种方法高精度本身固有的矛盾。

关于这个方法计时的最大长度,我们可以简单的用下列公式计算:
自CPU上电以来的秒数 = RDTSC读出的周期数 / CPU主频速率(Hz)
64位无符号整数所能表达的最大数字是1.8×10^19,在我的Celeron 800上可以计时大约700年(书中说可以在200MHz的Pentium上计时117年,这个数字不知道是怎么得出来的,与我的计算有出入)。无论如何,我们大可不必关心溢出的问题。
下面是几个小例子,简要比较了三种计时方法的用法与精度

//Timer1.cpp 使用了RDTSC指令的Timer类//KTimer类的定义可以参见《Windows图形编程》P15
//编译行:CL Timer1.cpp /link USER32.lib
#include <stdio.h>
#include "KTimer.h"

main()
{
unsigned t;
KTimer timer;
timer.Start();
Sleep(1000);
t = timer.Stop();
printf("Lasting Time: %d\n",t);
}

//Timer2.cpp 使用了timeGetTime函数
//需包含<mmsys.h>,但由于Windows头文件错综复杂的关系
//简单包含<windows.h>比较偷懒:)
//编译行:CL timer2.cpp /link winmm.lib
#include <windows.h>
#include <stdio.h>

main()
{
DWORD t1, t2;
t1 = timeGetTime();
Sleep(1000);
t2 = timeGetTime();
printf("Begin Time: %u\n", t1);
printf("End Time: %u\n", t2);
printf("Lasting Time: %u\n",(t2-t1));
}

//Timer3.cpp 使用了QueryPerformanceCounter函数
//编译行:CL timer3.cpp /link KERNEl32.lib
#include <windows.h>
#include <stdio.h>

main()
{
LARGE_INTEGER t1, t2, tc;
QueryPerformanceFrequency(&tc);
printf("Frequency: %u\n", tc.QuadPart);
QueryPerformanceCounter(&t1);
Sleep(1000);
QueryPerformanceCounter(&t2);
printf("Begin Time: %u\n", t1.QuadPart);
printf("End Time: %u\n", t2.QuadPart);
printf("Lasting Time: %u\n",( t2.QuadPart- t1.QuadPart));
}

////////////////////////////////////////////////
//以上三个示例程序都是测试1秒钟休眠所耗费的时间
file://测/试环境:Celeron 800MHz / 256M SDRAM
// Windows 2000 Professional SP2
// Microsoft Visual C++ 6.0 SP5
////////////////////////////////////////////////

以下是Timer1的运行结果,使用的是高精度的RDTSC指令
Lasting Time: 804586872

以下是Timer2的运行结果,使用的是最粗糙的timeGetTime API
Begin Time: 20254254
End Time: 20255255
Lasting Time: 1001

以下是Timer3的运行结果,使用的是QueryPerformanceCount API
Frequency: 3579545
Begin Time: 3804729124
End Time: 3808298836
Lasting Time: 3569712

  古人说,触类旁通。从一本介绍图形编程的书上得到一个如此有用的实时处理知识,我感到非常高兴。有美不敢自专,希望大家和我一样喜欢这个轻便有效的计时器。


Featured 2005-10-30
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inline unsigned __int64 GetCycleCount()
{
__asm _emit 0x0F
__asm _emit 0x31
}

这个函数就是RDTSC,0f31是RDTSC的机器码
Featured 2005-10-30
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微秒?没有这种API!

GetTickCount的进度22ms左右

timeGetTime的精度1ms

使用方法:需要先
#include<mmsystem.h>
#pragma comment(lib,"winmm.lib")


但是可以使用一个机器指令:RDTSC,可以读取系统开机以来的执行时钟计数,精度在 1/你的CPU主频,足够精确了
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是aPI
我将带领大家来系统学习Windows的窗口编程,包括消息、窗口、GDI绘图、游戏开发等。本课程比较基础,非常适合初学者入门,读者可以边学习边实践。具体的章节目录和课程内容如下所示:---------------------------------------------Windows游戏编程系列之1:GUI界面编程及游戏入门实战1、Windows创建第一个窗口 WinMain入口函数 5进行Windows编程的调试手法 6窗口从哪里来? 7窗口编程的步骤 7窗口编程需要的主要结构 8窗口编程需要的主要API 92、Windows的窗口过程与消息机制 如何留住窗口? 121)Windows的消息与消息循环 142)消息处理函数与常用消息 17)Windows的窗口过程函数 19 3、GDI编程之设备上下文 1)GDI的通用编程框架 222)GDI的绘图步骤 253)GDI获取设备句柄 254、GDI编程之绘制几何图形 画点、线 28颜色COLORREF 29矩形 29画圆、饼图、弦图 305、GDI编程之自定义画笔画刷画笔简介 32画刷简介 33画笔案例 33画刷案例 346、GDI编程之绘制文字 DrawText函数 35TextOut 函数 (wingdi.h) 36CreateFont函数 37绘制文本案例 377、GDI编程之绘制位图 位图简介 381)在资源添加位图资源 392)从资源加载位图: LoadBitmap 393)创建一个与当前DC相匹配的DC(内存DC) 394)将bitmap放入匹配的DC:SelectObject 405)成像(1:1 比例 ) 406)取出位图 407)释放位图 418)释放匹配的DC 41绘制位图案例 41   8、Windows鼠标键盘消息 一、键盘消息 421、键盘消息 422、消息参数: 423、消息的使用: 424、键盘消息的案例代码 43二、鼠标消息 441、基本鼠标消息 442、双击消息 443、滚轮消息 454、不响应双击消息 45 9、Windows定时器消息 定时器消息介绍 47创建定时器 47关闭定时器 47定时器消息案例代码 4810、GDI游戏之跳舞动画 11、GDI游戏之走路动画 12、GDI贪吃蛇游戏实战  

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