计时函数的使用，以及chrono库的简单介绍

关于计时函数的使用，这里我先给出高翔博士的一段代码：

//imageBasics.cpp
#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std;

#include <opencv2/core/core.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>

    int main(int argc, char** argv)
    {
        // 读取argv[1]指定的图像
        cv::Mat image;
        image = cv::imread("ubuntu.png"); //cv::imread函数读取指定路径下的图像
        // 判断图像文件是否正确读取
        if (image.data == nullptr) //数据不存在,可能是文件不存在
        {
            cerr << "文件不存在." << endl;
            return 0;
        }

        // 文件顺利读取, 首先输出一些基本信息
        cout << "图像宽为" << image.cols << ",高为" << image.rows << ",通道数为" << image.channels() << endl;
        cv::imshow("image", image);      // 用cv::imshow显示图像
        cv::waitKey(0);                  // 暂停程序,等待一个按键输入
        // 判断image的类型
        if (image.type() != CV_8UC1 && image.type() != CV_8UC3)
        {
            // 图像类型不符合要求
            cout << "请输入一张彩色图或灰度图." << endl;
            return 0;
        }

        // 遍历图像, 请注意以下遍历方式亦可使用于随机像素访问
        // 使用 std::chrono 来给算法计时
        chrono::steady_clock::time_point t1 = chrono::steady_clock::now();
        for (size_t y = 0; y<image.rows; y++)
        {
            for (size_t x = 0; x<image.cols; x++)
            {
                // 访问位于 x,y 处的像素
                // 用cv::Mat::ptr获得图像的行指针
                unsigned char* row_ptr = image.ptr<unsigned char>(y);  // row_ptr是第y行的头指针
                unsigned char* data_ptr = &row_ptr[x*image.channels()]; // data_ptr 指向待访问的像素数据
                // 输出该像素的每个通道,如果是灰度图就只有一个通道
                for (int c = 0; c != image.channels(); c++)
                {
                    unsigned char data = data_ptr[c]; // data为I(x,y)第c个通道的值
                }
            }
        }
        chrono::steady_clock::time_point t2 = chrono::steady_clock::now();
        chrono::duration<double> time_used = chrono::duration_cast<chrono::duration<double>>(t2 - t1);
        cout << "遍历图像用时：" << time_used.count() << " 秒。" << endl;

        // 关于 cv::Mat 的拷贝
        // 直接赋值并不会拷贝数据
        cv::Mat image_another = image;
        // 修改 image_another 会导致 image 发生变化
        image_another(cv::Rect(0, 0, 100, 100)).setTo(0); // 将左上角100*100的块置零
        cv::imshow("image", image);
        cv::waitKey(0);

        // 使用clone函数来拷贝数据
        cv::Mat image_clone = image.clone();
        image_clone(cv::Rect(0, 0, 100, 100)).setTo(255);
        cv::imshow("image", image);
        cv::imshow("image_clone", image_clone);
        cv::waitKey(0);

        // 对于图像还有很多基本的操作,如剪切,旋转,缩放等,限于篇幅就不一一介绍了,请参看OpenCV官方文档查询每个函数的调用方法.
        cv::destroyAllWindows();
        return 0;
    }

这里面有一个小的框架：

chrono::steady_clock::time_point t1 = chrono::steady_clock::now();

【某个耗时程序段】

chrono::steady_clock::time_point t2 = chrono::steady_clock::now();
chrono::duration<double> time_used = chrono::duration_cast<chrono::duration<double>>(t2 - t1);
cout << "遍历图像用时：" << time_used.count() << " 秒。" << endl;

用于计算程序的执行时间、我们在自己project里面检验算法的效率的时候可以加上这个框架；
上面的代码主要是计算逐像素遍历一张图像需要多长的时间；在使用这个框架的时候需要include进chrono这个库：#include <chrono>

接下来我简单介绍下chrono这个库，chrono是C+11的标准，关于chrono的问题，我参考了这篇博客：

C++11 std::chrono库详解

chrono是一个time library, 源于boost，现在已经是C++标准。要使用chrono库，需要#include，其所有实现均在std::chrono namespace下。注意标准库里面的每个命名空间代表了一个独立的概念。需要理解三个概念：duration、time_point、clock；

1. Durations

std::chrono::duration 表示一段时间，是一个时间段；

template <class Rep, class Period = ratio<1> > class duration;

其中：
Rep表示一种数值类型，用来表示Period的数量；
Period是ratio类型，用来表示【用秒表示的时间单位】，比如second milisecond；常用的duration

ratio<3600, 1>                hours（时）
ratio<60, 1>                  minutes（分钟）
ratio<1, 1>                   seconds（秒）
ratio<1, 1000>                millisecond（毫秒）
ratio<1, 1000000>             Microseconds（微秒）

由于各种duration表示不同，chrono库提供了duration_cast类型转换函数。

1 template <class ToDuration, class Rep, class Period>
2   constexpr ToDuration duration_cast (const duration<Rep,Period>& dtn);

下面表示一段时间的程序：

// Program1:duration constructor
#include <iostream>
#include <ratio>
#include <chrono>

int main ()
{
  typedef std::chrono::duration<int> seconds_type;
  typedef std::chrono::duration<int,std::milli> milliseconds_type;
  typedef std::chrono::duration<int,std::ratio<60*60>> hours_type;

  hours_type h_oneday (24);                  // 24h
  seconds_type s_oneday (60*60*24);          // 86400s
  milliseconds_type ms_oneday (s_oneday);    // 86400000ms

  seconds_type s_onehour (60*60);            // 3600s
//hours_type h_onehour (s_onehour); // NOT VALID (type truncates), use:
  hours_type h_onehour (std::chrono::duration_cast<hours_type>(s_onehour));
  milliseconds_type ms_onehour (s_onehour);  // 3600000ms (ok, no type truncation)

  std::cout << ms_onehour.count() << "ms in 1h" << std::endl;

  return 0;
}

duration还有一个成员函数count()返回Rep类型的Period数量，看代码：

// duration::count
#include <iostream> // std::cout
#include <chrono> // std::chrono::seconds, std::chrono::milliseconds
                        // std::chrono::duration_cast

int main ()
{
  using namespace std::chrono;
  // std::chrono::milliseconds is an instatiation of std::chrono::duration:
  milliseconds foo (1000); // 1 second
  foo*=60;

  std::cout << "duration (in periods): ";
  std::cout << foo.count() << " milliseconds.\n";

  std::cout << "duration (in seconds): ";
  std::cout << foo.count() * milliseconds::period::num / milliseconds::period::den;
  std::cout << " seconds.\n";

  return 0;
}

2. Time points

std::chrono::time_point 表示一个具体时间，时间点。你的生日、火车出发时间等，只要它能用计算机时钟表示。鉴于我们使用时间的情景不同，这个time point具体到什么程度，由选用的单位决定。一个time point必须有一个clock计时。

1 template <class Clock, class Duration = typename Clock::duration>  class time_point;

下面是构造使用time_point的例子：

// Program2:time_point constructors
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <ctime>

int main ()
{
  using namespace std::chrono;

  system_clock::time_point tp_epoch;    // epoch value

  time_point <system_clock,duration<int>> tp_seconds (duration<int>(1));

  system_clock::time_point tp (tp_seconds);

  std::cout << "1 second since system_clock epoch = ";
  std::cout << tp.time_since_epoch().count();
  std::cout << " system_clock periods." << std::endl;

  // display time_point:
  std::time_t tt = system_clock::to_time_t(tp);
  std::cout << "time_point tp is: " << ctime(&tt);

  return 0;
}

time_point有一个函数time_from_eproch()用来获得1970年1月1日到time_point时间经过的duration。
举个例子，如果timepoint以天为单位，函数返回的duration就以天为单位。

由于各种time_point表示方式不同，chrono也提供了相应的转换函数 time_point_cast。

1 template <class ToDuration, class Clock, class Duration>
2   time_point<Clock,ToDuration> time_point_cast (const time_point<Clock,Duration>& tp);

比如计算:

//Program3: time_point_cast
#include <iostream>
#include <ratio>
#include <chrono>

int main ()
{
  using namespace std::chrono;

  typedef duration<int,std::ratio<60*60*24>> days_type;

  time_point<system_clock,days_type> today = time_point_cast<days_type>(system_clock::now());

  std::cout << today.time_since_epoch().count() << " days since epoch" << std::endl;

  return 0;
}

3. Clocks

std::chrono::system_clock 它表示当前的系统时钟，系统中运行的所有进程使用now()得到的时间是一致的。
每一个clock类中都有确定的time_point, duration, Rep, Period类型。
操作有：
now( ) 当前时间time_point
to_time_t( ) time_point转换成time_t秒
from_time_t( ) 从time_t转换成time_point
典型的应用是计算时间日期：

// system_clock example
#include <iostream>
#include <ctime>
#include <ratio>
#include <chrono>

int main ()
{
  using std::chrono::system_clock;

  std::chrono::duration<int,std::ratio<60*60*24> > one_day (1);

  system_clock::time_point today = system_clock::now();
  system_clock::time_point tomorrow = today + one_day;

  std::time_t tt;

  tt = system_clock::to_time_t ( today );
  std::cout << "today is: " << ctime(&tt);

  tt = system_clock::to_time_t ( tomorrow );
  std::cout << "tomorrow will be: " << ctime(&tt);

  return 0;
}

std::chrono::steady_clock 为了表示稳定的时间间隔，后一次调用now()得到的时间总是比前一次的值大（这句话的意思其实是，如果中途修改了系统时间，也不影响now()的结果），每次tick都保证过了稳定的时间间隔。
操作有：
now() 获取当前时钟
典型的应用是给算法计时：

// steady_clock example
#include <iostream>
#include <ctime>
#include <ratio>
#include <chrono>

int main ()
{
  using namespace std::chrono;

  steady_clock::time_point t1 = steady_clock::now();

  std::cout << "printing out 1000 stars...\n";
  for (int i=0; i<1000; ++i) std::cout << "*";
  std::cout << std::endl;

  steady_clock::time_point t2 = steady_clock::now();

  duration<double> time_span = duration_cast<duration<double>>(t2 - t1);

  std::cout << "It took me " << time_span.count() << " seconds.";
  std::cout << std::endl;

  return 0;
}