使用std::chrono::system_clock/std::chrono::high_resolution_clock时的时间差异

Question

考虑以下代码片段

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <thread>

int main()
{
   using std::chrono::system_clock;
   using std::chrono::milliseconds;
   using std::chrono::nanoseconds;
   using std::chrono::duration_cast;
   const auto duration = milliseconds(100);
   const auto start = system_clock::now();
   std::this_thread::sleep_for(duration);
   const auto stop = system_clock::now();
   const auto d_correct = duration_cast<nanoseconds>(duration).count();
   const auto d_actual = duration_cast<nanoseconds>(stop - start).count();
   std::cout << "Difference is " << d_actual << ", and it should be roughly " << d_correct << "\n";
}

我们期望的是差异大约在100000000左右，但实际上差了100039989。您可以查看此演示，在那里它完全正常运行。然而，在我的机器上安装了几个编译器，根据Stack Overflow上的这个答案，可能会导致配置错误。因此，我尝试了建议的修复方法：设置正确的LD_LIBRARY_PATH。这是我尝试过的带有输出的组合之一（还有4.4和4.6等其他组合）。

g++-4.7 time.cpp -pthread -std=c++11; LD_LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/ ./a.out

差异为100126，应该大致为100000000

g++-4.7 time.cpp -pthread -std=c++11; LD_LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.8/ ./a.out

差值为100132，应该大约是100000000

g++-4.8 time.cpp -pthread -std=c++11; LD_LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/ ./a.out

差值为100085953，大致应该是100000000

g++-4.8 time.cpp -pthread -std=c++11; LD_LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.8/ ./a.out

差异为100156418，应该大约为100000000。

无论如何，使用任何一个libstdc++进行g++-4.8编译都可以正常工作，而使用g++-4.7编译则会导致破损的情况。

我在编译器/二进制调用方面有什么问题吗，还是g++-4.7中存在Bug？（具体来说，这是g++-4.7.3和g++-4.8.1）。

对于（可能最丑陋的）解决方法，当然我可以测量一小段时间，将其与预期差异进行比较并得出因子。但是我非常希望以优雅的方式解决这个问题。

- stefan

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如果有帮助的话，这个页面提到了C++11时钟ABI在GCC 4.8.1中发生了变化：http://gcc.gnu.org/gcc-4.8/changes.html - John Zwinck

@JohnZwinck 这可能是相关的，但我不知道如何解决4.7的情况（我想至少为我正在开发的产品拥有两个编译器版本..在工作中，只有我的开发机器有4.8，其他所有机器都运行<= 4.7） - stefan

GCC 4.7 对 C++11 的支持并不完全，所以你可能会遇到问题，或者至少需要一些麻烦的解决方法。我不是很确定，并且也没有找到 GCC 网站上更具体的问题报告。 - John Zwinck

除了在4.7版本发布后修复了一个错误之外，还有什么可行的结论吗？如果4.7曾经正常工作过，那么您安装的stdlib二进制文件和头文件之间存在不兼容性。但这将是一种异常的配置实例。 - Potatoswatter

@Potatoswatter 显然，这就是我要求修复的原因。但它几乎肯定与此有关。数量级的差异太相似了，不可能只是巧合。无论如何，我只是在我的Ubuntu系统上使用标准的apt-get安装了一些gcc版本。所以某个地方存在一个错误，我想知道是哪里。 - stefan

Answer 1

我不能评论，但似乎只是duration_cast的问题...我把你的睡眠时间增加到1000毫秒，并运行它对时间实用程序进行测试。确实，它会睡眠1秒钟。

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <thread>

int main()
{
   using std::chrono::system_clock;
   using std::chrono::milliseconds;
   using std::chrono::nanoseconds;
   using std::chrono::duration_cast;
   const auto duration = milliseconds(1000);
   const auto start = system_clock::now();
   std::this_thread::sleep_for(duration);
   const auto stop = system_clock::now();
   const auto d_correct = duration_cast<nanoseconds>(duration).count();
   const auto d_actual = duration_cast<nanoseconds>(stop - start).count();
   std::cout << "Difference is " << d_actual << ", and it should be roughly " << d_correct << "\n";
}

使用time实用程序运行它:

g++-4.7 time.cpp -pthread -std=c++11; time LD_LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.7/ ./a.out
Difference is 1000193, and it should be roughly 1000000000

real    0m1.004s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s

所以，看起来确实是ABI的问题。我的系统也和你的系统一样傻，无法使用更新版本的libstdc++。我们可以通过ldd和/或LD_DEBUG=files来确认这一点：

ldd a.out 
    linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff139fe000)
    libstdc++.so.6 => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6 (0x00007ff0595b7000)
    libgcc_s.so.1 => /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1 (0x00007ff0593a1000)
    libpthread.so.0 => /lib/x86_64-linux-gnu/libpthread.so.0 (0x00007ff059183000)
    libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007ff058dba000)
    libm.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6 (0x00007ff058ab5000)
    /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007ff0598e6000)

重大发现！这绝对不是正确的libstdc++库...而且我做的任何事情都无法阻止它！

我的下一个实验是尝试链接静态libstdc++ (http://www.trilithium.com/johan/2005/06/static-libstdc/)：

ln -s `g++-4.7 -print-file-name=libstdc++.a`
g++-4.7 -static-libgcc -L. time.cpp -pthread -std=c++11; time ./a.out
Difference is 1000141417, and it should be roughly 1000000000

real    0m1.003s
user    0m0.004s
sys     0m0.000s

已经全部修复了！总的来说，您是安全的。GCC 4.7本身没有问题（呵呵...），但这是一个非常恶心的问题！

- ftwl

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终于有一个明智的回答！谢谢 :) - stefan

哎呀，太棒了！这是我的第一个！ - ftwl

我知道并且必须说：很少能遇到一个好的第一次回答。请继续留在这个网站 :) - stefan

Answer 2

很多时候，根据编译器版本区分代码是不可避免的。 我建议不要在运行时解决4.7和4.8之间的差异（你提到的“丑陋”解决方案）。 而是在编译时解决。

#if __GNUC__ == 4 && __GNUC_MINOR__ > 7
   // your gcc 4.8 and above code here
#else
   // your gcc 4.7.x and below code here
#endif

- Parallel Universe

Answer 3

尝试显式使用duration_cast(system_time::now() - start).count()。

- wacky6

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我想我在提问时应该更加明确。我编辑了一下，以显示duration_cast并不能解决问题。 - stefan

也许你的g++4.7头文件有问题？如果库头文件错误地定义了纳秒，就会导致这个问题。尝试使用不同版本的g++4.7或者查看头文件。 - wacky6

纳秒的定义取决于ratio中的nano，对我所拥有的所有版本（4.4、4.6、4.7和4.8）都是相同的。 - stefan