VB高精度計時器編程的討論

領測軟件測試網      VB記時器編程的討論 在很多場合下編程（例如工業控制、游戲）中需要比較精確的記時器，本文討論的是在VB下實現記時器的若干方法以及它們的精度控制問題。 在VB中最常用的是Timer控件，它的設置和使用都非常方便，理論上它的記時精度可以達到1ms(毫秒)。但是眾所周知的，實際上Timer在記時間隔小于50ms之下是精度是十分差的。它只適用于對于精度要求不太高的場合。 這里作者要介紹的是兩中利用Windows API函數實現精確記時的方法。第一中方法是利用高性能頻率記數（作者本人的稱呼）法。利用這種方法要使用兩個API函數QueryPerformanceFrequency和QueryPerformanceCounter。QueryPerformanceFrequency函數獲得高性能頻率記數器的震蕩頻率，該函數的定義如下：  

Private Declare Function QueryPerformanceFrequency Lib "kernel32" _
              (lpFrequency As LARGE_INTEGER) As Long
函數中的數據結構LARGE_INTEGER定義如下：
Type LARGE_INTEGER
    lowpart As Long
    highpart As Long
End Type

調用該函數后，函數會將系統頻率記數器的震蕩頻率保存到lpPerformanceCount中，其中低位保存到lowpart中，高位保存到highpart中。但是現在的Windows沒有使用到hightpart（系統頻率記數器的震蕩頻率與計算機的主頻無關，我在幾臺機上做過驗證，都是lowpart為1193180，highpart為0）。
QueryPerformanceCounter函數獲得系統頻率記數器的震蕩次數，函數的定義如下

Private Declare Function QueryPerformanceCounter Lib "kernel32" _
        (lpPerformanceCount As LARGE_INTEGER) As Long

獲得記時器震蕩次數保存在lpPerformanceCount中。
顯然，如果首先獲得利用QueryPerformanceFrequency函數獲得頻率記數器的震蕩頻率，然后在執行某個程序段之前調用QueryPerformanceCounter函數獲得頻率記數器的震蕩次數，在程序段結束再調用QueryPerformanceCounter函數獲得頻率記數器的震蕩次數，將兩次獲得的震蕩次數相減后再除以震蕩頻率就獲得的了兩次間隔之間的時間（以秒為單位）。如果在程序中建立一個循環，在循環中不停的調用QueryPerformanceCounter獲得頻率記數器的震蕩次數并同先前的頻率記數器的震蕩次數相減，將結果除以頻率記數器的震蕩頻率，如果達到一定的時間就執行某個任務，這樣就實現了一個比較精確的記時器的功能。

另外的一種精確記時器的功能是利用多媒體記時器函數（這也是作者的定義，因為這個系列的函數是在Winmm.dll中定義并且是為媒體播放服務的）。
實現多媒體記時器首先要定義timeSetEvent函數，該函數的定義如下：

Public Declare Function timeSetEvent Lib "winmm.dll" (ByVal uDelay As Long, ByVal _
        uResolution As Long, ByVal lpFunction As Long, ByVal dwUser As Long, _
        ByVal uFlags As Long) As Long

函數定義中參數uDelay定義延遲時間，以毫秒為單位，該參數相當于Timer控件的Interval屬性。參數uResolution定義記時精度，如果要求盡可能高的精度，要將該參數設置為0；參數lpFunction定義了timeSetEvent函數的回調函數的地址。參數dwUser定義用戶自定義的回調值，該值將傳遞給回調函數。參數uFlags定義定時類型，如果定義為Time_OneShot，則只會在當達到uDelay定義的時間后調用回調函數一次，如果定義為TIME_PERIODIC，則在每次達到定時時間后調用回調函數。
如果函數調用成功，在系統中建立了一個多媒體記時器對象，每當經過一個uDelay時間后lpFunction指定的函數都會被調用。同時函數返回一個對象標識，如果不再需要記時器則必須要使用timeKillEvent函數刪除記時器對象。
由于Windows是一個多任務的操作系統，因此基于API調用的記時器的精度都會受到其它很多因素的干擾。到底這兩中記時器的精度如何，我們來使用以下的程序進行驗證：
設置三種記時器（Timer控件、高性能頻率記數、多媒體記時器）。將它們的定時間隔設置為10毫秒，讓它們不停工作直到達到一個比較長的時間（比如60秒），這樣記時器的誤差會被累計下來，然后同實際經過的時間相比較，就可以得到它們的精度。
下面是具體的檢測程序。
首先建立一個工程文件，在Form1中加入一個Timer控件，兩個CommandButton控件和三個TextBox控件，然后在Form1的代碼窗口中加入以下代碼


Option Explicit

Private Sub Command1_Click()
    Dim lagTick1 As LARGE_INTEGER
    Dim lagTick2 As LARGE_INTEGER
    Dim lTen As Long
     
    Command2.Enabled = True
    Command1.Enabled = False
    iCountStart = 60
    lmmCount = 60
    TimerCount = 60
    actTime1 = GetTickCount
    lTimeID = timeSetEvent(10, 0, AddressOf TimeProc, 1, 1)
    Timer1.Enabled = True
     
    lTen = 10 * lMSFreq
    Call QueryPerformanceCounter(lagTick1)
    lagTick2 = lagTick1
    While iCountStart > 0
        Call QueryPerformanceCounter(lagTick2)
        '如果時鐘震動次數超過10毫秒的次數則刷新Text1的顯示
        If lagTick2.lowpart - lagTick1.lowpart > lTen Then
            lagTick1 = lagTick2
            iCountStart = iCountStart - 0.01
            Text1.Text = Format$(iCountStart, "00.00")
        End If
        DoEvents
    Wend
End Sub

Private Sub Command2_Click()
    EndCount
End Sub

Private Sub Form_Load()
    Dim lim As LARGE_INTEGER
     
    Text1.Text = "60.00"
    Text2.Text = "60.00"
    Text3.Text = "60.00"
    Command1.Caption = "開始倒記時"
    Command2.Caption = "停止記時"
    Command2.Enabled = False
     
    '獲得系統板上時鐘頻率
    QueryPerformanceFrequency lim
     
    '將頻率除以1000就的出時鐘1毫秒震動的次數
    lMSFreq = (lim.highpart * 2 ^ 16) \ 1000 + lim.lowpart \ 1000
    Timer1.Interval = 10
    Timer1.Enabled = False
End Sub

Private Sub Timer1_Timer()
    TimerCount = TimerCount - 0.01
    Text3.Text = Format$(TimerCount, "00.00")
    If TimerCount <= 0 Then
Timer1.Enabled = False
End If
End Sub
在Project中加入一個Module，然后在其中加入以下代碼：
Option Explicit

Type LARGE_INTEGER
lowpart As Long
highpart As Long
End Type

Public Declare Function QueryPerformanceCounter Lib "kernel32" _
(lpPerformanceCount As LARGE_INTEGER) As Long
Public Declare Function QueryPerformanceFrequency Lib "kernel32" _
(lpFrequency As LARGE_INTEGER) As Long
Public Declare Function timeSetEvent Lib "winmm.dll" (ByVal uDelay As Long, ByVal _
uResolution As Long, ByVal lpFunction As Long, ByVal dwUser As Long, _
ByVal uFlags As Long) As Long
Public Declare Function timeKillEvent Lib "winmm.dll" (ByVal uID As Long) As Long
Public Declare Function GetTickCount Lib "kernel32" () As Long

Public lMSFreq As Long
Public TimerCount As Single
Public lmmCount As Single
Public lTimeID As Long
Public actTime1 As Long
Public actTime2 As Long
Public iCountStart As Single

Dim iCount As Single

'timeSetEvent的回調函數
Sub TimeProc(ByVal uID As Long, ByVal uMsg As Long, ByVal dwUser As Long, _
ByVal dw1 As Long, ByVal dw2 As Long)

Form1.Text2.Text = Format$(lmmCount, "00.00")
lmmCount = lmmCount - 0.01
If lmmCount <= 0 Then
iCountStart = 60
lmmCount = 60
TimerCount = 60
EndCount
End If
End Sub
Sub EndCount()
iCount = iCountStart
iCountStart = 0
timeKillEvent lTimeID
actTime2 = GetTickCount - actTime1
With Form1
.Command1.Enabled = True
.Command2.Enabled = False
.Timer1.Enabled = False

.Text1 = "計數器記時" + Format$((60 - iCount), "00.00") + " " _
+ "實際經過時間" + Format$((actTime2 / 1000), "00.00")
.Text2 = "計數器記時" + Format$((60 - lmmCount), "00.00") + " " _
+ "實際經過時間" + Format$((actTime2 / 1000), "00.00")
.Text3 = "計數器記時" + Format$((60 - TimerCount), "00.00") + " " _
+ "實際經過時間" + Format$((actTime2 / 1000), "00.00")
End With
End Sub


運行程序，點擊“開始倒記時”按鈕開始倒記時，可以看到兩種API記時器工作基本正常，文本框中的倒記時顯示流暢，而Timer控件的時間顯示相比之下卻不堪重負，十分緩慢。按“停止記時”按鈕就可以停止倒記時，由圖1可以看到，兩種API記時器的累計誤差在2‰以下，考慮到系統原因和處理記時顯示的時間，這個誤差基本是可以接受的，而且經過作者的多次檢測，誤差都在3‰以下。而Timer控件的誤差簡直是無法接受的。

在運行程序時作者還發現一個問題，如果在倒記時時拖動窗口，文本框中的顯示都會停止，而當停止窗口拖放后，多媒體記時器顯示會跳過這段時間記時，而其它兩種記時器顯示倒記時卻還是從原來的時間倒數。這說明多媒體記時器是在獨立的線程中運行的，不會受到程序的影響。

綜合上面的介紹和范例，我們可以看到，如果要建立高精度的記時器，使用多媒體記時器是比較好的選擇。而高性能頻率記數法比較適合計算某個耗時十分短的過程所消耗的時間（例如分析程序中某個被多次調用的程序段執行時間以優化程序），因為畢竟高性能頻率記數的理論可以達到微秒級別。Timer控件雖然精度比上面兩者差很多，但是它使用方便，在要求不高的場合它還是最佳選擇。
以上程序在Windows 98中文版，VB6下運行通過。

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