QElapsedTimer::msecsTo()代替手段: QtとC++で時間を制するプログラミング

2025-05-27

この関数は、QElapsedTimer クラスのメンバ関数で、主に2つの時点間の経過時間をミリ秒単位で取得するために使用されます。

QElapsedTimer とは何か？

QElapsedTimer は、Qtフレームワークが提供する高精度なタイマーで、ある処理の開始から終了までの時間を計測するのに適しています。システムの時刻変更（タイムゾーンの変更など）に影響されず、非常に正確な時間計測が可能です。

msecsTo() 関数の役割

msecsTo() 関数は、現在の QElapsedTimer オブジェクトと、引数で渡された別の QElapsedTimer オブジェクトとの間の時間差をミリ秒（msec）単位で返します。

const: メンバ関数の末尾に const が付いているのは、この関数がオブジェクトの内部状態を変更しないことを示しています。
const QElapsedTimer &other: 引数として、比較対象となる別の QElapsedTimer オブジェクトを定数参照で受け取ります。これにより、関数内で other オブジェクトが変更されることはなく、効率的な引数渡しが可能です。
qint64: 戻り値の型は qint64 です。これは64ビット符号付き整数型で、非常に大きなミリ秒数を格納できます。

使用例

#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
#include <QThread> // QThread::msleep のために必要

int main() {
    QElapsedTimer timer1;
    QElapsedTimer timer2;

    // タイマー1を開始
    timer1.start(); 

    // 何か処理を行う（例: 200ミリ秒待機）
    QThread::msleep(200);

    // タイマー2を開始（この時点での時間を記録）
    timer2.start();

    // 何か処理を行う（例: 100ミリ秒待機）
    QThread::msleep(100);

    // timer1 から timer2 までの経過時間を計算
    qint64 elapsed1_to_2 = timer1.msecsTo(timer2);
    qDebug() << "timer1 から timer2 までの経過時間（ミリ秒）:" << elapsed1_to_2;

    // timer2 から現在の時間までの経過時間を計算（timer2.elapsed() と同じ意味）
    qint64 elapsed_since_timer2 = timer2.elapsed();
    qDebug() << "timer2 から現在の時間までの経過時間（ミリ秒）:" << elapsed_since_timer2;

    return 0;
}

上記の例では、timer1 を開始し、少し待機してから timer2 を開始しています。timer1.msecsTo(timer2) は、timer1 が開始されてから timer2 が開始されるまでの時間をミリ秒で返します。この場合、約200ミリ秒が出力されるはずです。

msecsTo() と elapsed() の違い

elapsed(): その QElapsedTimer オブジェクト自身が start() または restart() されてからの経過時間を計算します。
msecsTo(const QElapsedTimer &other): 2つの異なる QElapsedTimer オブジェクト間の時間差を計算します。

msecsTo(other) は、other.elapsed() と this->elapsed() の差を計算していると考えると理解しやすいでしょう。

msecsTo() は以下のような場面で役立ちます。

複数の処理の開始時間と終了時間をそれぞれ異なる QElapsedTimer で記録し、それらの処理間の関係性やタイミングを分析したい場合。
特定のイベントAが発生した時間と、その後のイベントBが発生した時間との間の間隔を正確に計測したい場合。

無効な QElapsedTimer オブジェクトを比較している

エラーの状況
QElapsedTimer オブジェクトが start() または restart() されていない状態で msecsTo() を呼び出すと、未定義の動作 (undefined behavior) になります。これは、タイマーが有効な開始時点を持っていないため、正確な時間差を計算できないためです。

よくある間違いの例

#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>

int main() {
    QElapsedTimer timer1; // start() されていない
    QElapsedTimer timer2;
    timer2.start();

    // timer1 が有効な開始時点を持たないため、結果が予測不能
    qint64 diff = timer1.msecsTo(timer2);
    qDebug() << "無効なタイマーを使った差:" << diff; // おかしな値が出力される可能性が高い
    return 0;
}

トラブルシューティング
msecsTo() を呼び出す前に、比較対象の両方の QElapsedTimer オブジェクトが start() または restart() によって初期化されていることを確認してください。isValid() 関数を使ってタイマーが有効かどうかをチェックすることもできます。

#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>

int main() {
    QElapsedTimer timer1;
    QElapsedTimer timer2;

    timer1.start(); // これを忘れない！
    // 何らかの処理...
    timer2.start();

    if (timer1.isValid() && timer2.isValid()) {
        qint64 diff = timer1.msecsTo(timer2);
        qDebug() << "有効なタイマーを使った差:" << diff;
    } else {
        qDebug() << "タイマーが無効です。";
    }
    return 0;
}

時間の概念の誤解（順序と符号）

エラーの状況
msecsTo(other) は、「現在のタイマーから other タイマーまでの時間差」を返します。

other が現在のタイマーより前に開始された場合、戻り値は負になります。
other が現在のタイマーより後に開始された場合、戻り値は正になります。

この符号の解釈を誤ると、期待と異なる結果を得ることがあります。

よくある間違いの例
「常に正の経過時間が欲しい」と思っていても、タイマーの開始順序によっては負の値が返される可能性があることを考慮していない。

#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
#include <QThread>

int main() {
    QElapsedTimer timerA;
    QElapsedTimer timerB;

    timerB.start();
    QThread::msleep(100); // 100ms 経過
    timerA.start();

    // timerA.msecsTo(timerB) は負の値になる (timerBの方が100ms古い)
    qint64 diff = timerA.msecsTo(timerB);
    qDebug() << "timerA から timerB への差:" << diff; // 約 -100 と表示される
    return 0;
}

トラブルシューティング
符号の解釈を明確にするために、どちらのタイマーを基準にするかを意識してください。常に正の経過時間が欲しい場合は、qAbs() を使うか、開始時間が古い方から新しい方へ msecsTo() を呼び出すようにロジックを組むと良いでしょう。

#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
#include <QThread>
#include <QtMath> // qAbs() のために必要

int main() {
    QElapsedTimer timerA;
    QElapsedTimer timerB;

    timerB.start();
    QThread::msleep(100);
    timerA.start();

    qint64 diff_A_to_B = timerA.msecsTo(timerB);
    qDebug() << "timerA から timerB への差:" << diff_A_to_B;

    qint64 diff_B_to_A = timerB.msecsTo(timerA);
    qDebug() << "timerB から timerA への差:" << diff_B_to_A; // 約 100 と表示される

    qint64 absolute_diff = qAbs(timerA.msecsTo(timerB)); // 常に正の差分を取得
    qDebug() << "絶対差分:" << absolute_diff;

    return 0;
}

タイマーの開始忘れ / リセット忘れ

エラーの状況
単純なミスですが、QElapsedTimer を使う前に start() または restart() を呼び忘れていると、タイマーは時間を計測しません。その結果、msecsTo() は期待しない（通常はゼロに近い）値を返したり、前述のように未定義の動作を引き起こしたりします。

よくある間違いの例

#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
#include <QThread>

int main() {
    QElapsedTimer timer1; // start() がない！
    QElapsedTimer timer2;

    // timer1.start() がないので、elapsed() も意味がない
    // timer1.msecsTo(timer2) も意味がない

    timer2.start();
    QThread::msleep(500);

    // timer1 が計測を開始していないため、ここでの計算は無意味
    qint64 diff = timer1.msecsTo(timer2);
    qDebug() << "start() を忘れた差:" << diff; // 0 または予測不能な値
    return 0;
}

トラブルシューティング
タイマーを使用する直前に必ず start() または restart() を呼び出してください。特に複数の QElapsedTimer を使う場合は、それぞれのタイマーが適切に開始されているかを確認しましょう。

非常に短い時間の計測

エラーの状況
QElapsedTimer は高精度ですが、CPUのクロックサイクルやOSのスケジューリングのオーバーヘッドにより、非常に短い（数マイクロ秒以下）時間の計測では、誤差が生じる可能性があります。msecsTo() はミリ秒単位の精度なので、それより短い時間差はゼロとして扱われたり、期待したよりも粗い値になったりすることがあります。

トラブルシューティング

QElapsedTimer はシステム時刻変更に影響されない安定した時間計測を提供しますが、QDateTime など他の時間APIと比較する場合、使用しているクロックの種類が異なる可能性がある点も注意が必要です。
短すぎる時間計測を繰り返して平均を取るなど、統計的な手法を導入することも検討してください。
非常に高精度な計測が必要な場合は、nsecsTo() (ナノ秒単位) や QElapsedTimer::clockType() を確認して、システムが提供する最も高精度なクロックが使用されているかを確認してください。

エラーの状況
非常に稀ですが、特定のOSやハードウェアの組み合わせにおいて、QElapsedTimer の内部実装が異なるために、ごくわずかな挙動の違いや予期せぬ問題が発生する可能性があります（特に古いQtバージョンや特殊な組み込みシステムなど）。

必要であれば、QElapsedTimer の代わりにOSネイティブのタイマーAPI（例: Windowsの QueryPerformanceCounter、Linuxの clock_gettime）の使用も検討しますが、これはQtのクロスプラットフォーム性を損なうため、最終手段とすべきです。
最新のQtバージョンに更新することで、改善される場合があります。
問題が特定の環境でのみ発生する場合は、Qtの公式ドキュメントやフォーラムで既知のバグやプラットフォーム固有の情報がないか確認してください。

例1: 2つのイベント間の経過時間を計測する

これは最も基本的な使用例です。ある処理の開始と終了、またはあるイベントAとイベントBの発生時間の差を計測します。

#include <QCoreApplication>
#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
#include <QThread> // QThread::msleep のために必要

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QElapsedTimer eventA_timer;
    QElapsedTimer eventB_timer;

    qDebug() << "イベントAの開始...";
    eventA_timer.start(); // イベントAの開始時間を記録

    // シミュレートされたイベントAの処理
    QThread::msleep(500); // 500ミリ秒待機

    qDebug() << "イベントBの開始...";
    eventB_timer.start(); // イベントBの開始時間を記録 (イベントAの処理中または直後)

    // シミュレートされたイベントBの処理
    QThread::msleep(300); // 300ミリ秒待機

    // eventA_timer から eventB_timer までの時間を計測
    // eventA_timer が開始されてから eventB_timer が開始されるまでの時間
    qint64 time_between_A_and_B = eventA_timer.msecsTo(eventB_timer);
    qDebug() << "イベントA開始からイベントB開始までの経過時間:" << time_between_A_and_B << "ms";

    // 参考: eventB_timer が開始されてからの経過時間
    qDebug() << "イベントB開始から現在までの経過時間:" << eventB_timer.elapsed() << "ms";

    return 0;
}

出力例

イベントAの開始...
イベントBの開始...
イベントA開始からイベントB開始までの経過時間: 500 ms
イベントB開始から現在までの経過時間: 300 ms

解説
eventA_timer.start() で最初の計測を開始し、eventB_timer.start() で2番目の計測を開始しています。eventA_timer.msecsTo(eventB_timer) は、eventA_timer が開始されてから eventB_timer が開始されるまでの実際の経過時間を返します。この例では約500ミリ秒となります。

例2: 複数の処理フェーズの時間を分析する

あるタスクが複数のフェーズに分かれている場合、それぞれのフェーズがいつ始まり、いつ終わったかを記録し、それらの間の時間を分析するのに使えます。

#include <QCoreApplication>
#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
#include <QThread>

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QElapsedTimer total_start_timer; // 全体の開始時間
    QElapsedTimer phase1_end_timer;  // フェーズ1の終了時間 (フェーズ2の開始時間)
    QElapsedTimer phase2_end_timer;  // フェーズ2の終了時間 (フェーズ3の開始時間)
    QElapsedTimer total_end_timer;   // 全体の終了時間

    qDebug() << "タスク開始...";
    total_start_timer.start(); // 全体のタスク計測開始

    // --- フェーズ1 ---
    qDebug() << "  フェーズ1実行中...";
    QThread::msleep(250); // フェーズ1の処理をシミュレート
    phase1_end_timer.start(); // フェーズ1の終了時間を記録 (同時にフェーズ2の開始時間)

    // --- フェーズ2 ---
    qDebug() << "  フェーズ2実行中...";
    QThread::msleep(400); // フェーズ2の処理をシミュレート
    phase2_end_timer.start(); // フェーズ2の終了時間を記録 (同時にフェーズ3の開始時間)

    // --- フェーズ3 ---
    qDebug() << "  フェーズ3実行中...";
    QThread::msleep(150); // フェーズ3の処理をシミュレート
    total_end_timer.start(); // 全体のタスク終了時間を記録

    qDebug() << "タスク完了。";

    // 時間の計算
    qint64 phase1_duration = total_start_timer.msecsTo(phase1_end_timer);
    qint64 phase2_duration = phase1_end_timer.msecsTo(phase2_end_timer);
    qint64 phase3_duration = phase2_end_timer.msecsTo(total_end_timer);
    qint64 total_duration = total_start_timer.msecsTo(total_end_timer);

    qDebug() << "--- 処理時間の詳細 ---";
    qDebug() << "  フェーズ1期間:" << phase1_duration << "ms";
    qDebug() << "  フェーズ2期間:" << phase2_duration << "ms";
    qDebug() << "  フェーズ3期間:" << phase3_duration << "ms";
    qDebug() << "  合計期間:" << total_duration << "ms";

    return 0;
}

出力例

タスク開始...
  フェーズ1実行中...
  フェーズ2実行中...
  フェーズ3実行中...
タスク完了。
--- 処理時間の詳細 ---
  フェーズ1期間: 250 ms
  フェーズ2期間: 400 ms
  フェーズ3期間: 150 ms
  合計期間: 800 ms

解説
各フェーズの「終了時点」を次のフェーズの「開始時点」として利用することで、連続する複数のフェーズ間の時間を計測しています。このように、複数の QElapsedTimer インスタンスを連鎖させることで、複雑な時間分析が可能です。

msecsTo() は負の値を返すことがあるため、2つのイベントがどちらが先に発生したかを判断するのにも使えます。

#include <QCoreApplication>
#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
#include <QThread>

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QElapsedTimer timerX;
    QElapsedTimer timerY;

    // パターン1: timerX -> timerY
    qDebug() << "--- パターン1: Xが先に発生 ---";
    timerX.start();
    QThread::msleep(100);
    timerY.start();

    qint64 diff_XY = timerX.msecsTo(timerY);
    qDebug() << "timerX から timerY への差分:" << diff_XY << "ms";
    if (diff_XY > 0) {
        qDebug() << "  -> timerX が timerY より" << diff_XY << "ms 早く発生しました。";
    } else if (diff_XY < 0) {
        qDebug() << "  -> timerY が timerX より" << qAbs(diff_XY) << "ms 早く発生しました。";
    } else {
        qDebug() << "  -> timerX と timerY はほぼ同時に発生しました。";
    }

    QThread::msleep(500); // 間の時間を取る

    // パターン2: timerY -> timerX
    qDebug() << "\n--- パターン2: Yが先に発生 ---";
    timerY.start(); // timerYをリスタート
    QThread::msleep(70);
    timerX.start(); // timerXをリスタート

    diff_XY = timerX.msecsTo(timerY);
    qDebug() << "timerX から timerY への差分:" << diff_XY << "ms";
    if (diff_XY > 0) {
        qDebug() << "  -> timerX が timerY より" << diff_XY << "ms 早く発生しました。";
    } else if (diff_XY < 0) {
        qDebug() << "  -> timerY が timerX より" << qAbs(diff_XY) << "ms 早く発生しました。";
    } else {
        qDebug() << "  -> timerX と timerY はほぼ同時に発生しました。";
    }

    return 0;
}

出力例

--- パターン1: Xが先に発生 ---
timerX から timerY への差分: 100 ms
  -> timerX が timerY より 100 ms 早く発生しました。

--- パターン2: Yが先に発生 ---
timerX から timerY への差分: -70 ms
  -> timerY が timerX より 70 ms 早く発生しました。

解説
msecsTo(other) の戻り値が正であれば this が other より早く、負であれば other が this より早く発生したことを意味します。この特性を利用してイベントの発生順序をプログラム的に検証できます。

QElapsedTimer::elapsed() を利用する

msecsTo() は2つの異なる QElapsedTimer オブジェクト間の差を計算しますが、もし計測したいのが「ある開始時点から現在までの経過時間」であれば、QElapsedTimer::elapsed() が直接その機能を提供します。

msecsTo() との比較

elapsed(): this オブジェクトの開始時点から、elapsed() が呼ばれた時点までの差。
msecsTo(other): this オブジェクトの開始時点から other オブジェクトの開始時点までの差。

例

#include <QCoreApplication>
#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
#include <QThread>

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QElapsedTimer timer_start;
    QElapsedTimer timer_midpoint;

    // --- 処理開始 ---
    timer_start.start();
    qDebug() << "処理開始...";

    QThread::msleep(200); // 処理A

    // 中間点の時間を記録
    timer_midpoint.start(); // timer_midpointも計測開始
    qDebug() << "中間点到達。";

    QThread::msleep(300); // 処理B

    // --- 処理終了 ---
    qDebug() << "処理終了。";

    // 代替方法1: elapsed() を複数回呼び出して差を計算
    // timer_midpoint が開始された時点での timer_start の経過時間
    qint64 elapsed_at_midpoint = timer_start.msecsTo(timer_midpoint); // QElapsedTimer::msecsTo()
    qDebug() << "開始から中間点まで (msecsTo):" << elapsed_at_midpoint << "ms";

    // timer_midpoint が開始されてから現在までの経過時間
    qint64 elapsed_since_midpoint = timer_midpoint.elapsed(); // QElapsedTimer::elapsed()
    qDebug() << "中間点から現在まで (elapsed):" << elapsed_since_midpoint << "ms";

    // 総経過時間
    qint64 total_elapsed = timer_start.elapsed(); // QElapsedTimer::elapsed()
    qDebug() << "総経過時間 (elapsed):" << total_elapsed << "ms";

    // 補足: msecsTo() を使って総経過時間を算出することも可能だが、冗長
    // QElapsedTimer timer_end;
    // timer_end.start(); // 最後に時刻を記録
    // qDebug() << "総経過時間 (msecsTo):" << timer_start.msecsTo(timer_end) << "ms";


    return 0;
}

利点
シンプルな「ある時点からの経過時間」計測に適しており、コードが簡潔になります。

QDateTime::currentMSecsSinceEpoch() を利用する

システム時刻に依存しますが、Unixエポック（1970年1月1日00:00:00 UTC）からのミリ秒数を取得する方法です。QElapsedTimer とは異なり、システム時刻の変更（NTP同期や手動変更）の影響を受けます。正確な時間差計測よりも、ログ記録などでの「絶対的なタイムスタンプ」が必要な場合に適しています。

例

#include <QCoreApplication>
#include <QDateTime>
#include <QDebug>
#include <QThread>

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    qint64 start_time_ms = QDateTime::currentMSecsSinceEpoch();
    qDebug() << "処理開始時刻 (MSecsSinceEpoch):" << start_time_ms;

    QThread::msleep(150);

    qint64 middle_time_ms = QDateTime::currentMSecsSinceEpoch();
    qDebug() << "中間点時刻 (MSecsSinceEpoch):" << middle_time_ms;

    QThread::msleep(250);

    qint64 end_time_ms = QDateTime::currentMSecsSinceEpoch();
    qDebug() << "終了時刻 (MSecsSinceEpoch):" << end_time_ms;

    // 時間差の計算
    qint64 duration_start_to_middle = middle_time_ms - start_time_ms;
    qint64 duration_middle_to_end = end_time_ms - middle_time_ms;
    qint64 total_duration = end_time_ms - start_time_ms;

    qDebug() << "開始から中間点まで:" << duration_start_to_middle << "ms";
    qDebug() << "中間点から終了まで:" << duration_middle_to_end << "ms";
    qDebug() << "合計時間:" << total_duration << "ms";

    return 0;
}

利点

ログファイルに記録するタイムスタンプとして非常に一般的。
絶対的なタイムスタンプが得られるため、異なるプロセスやシステム間での時刻比較が容易。

欠点

QElapsedTimer ほどの高精度ではない場合がある（特にミリ秒以下の精度が求められる場合）。
システム時刻の変更（手動変更、NTP同期など）に弱い。時間計測の途中で時刻が変更されると、結果が不正確になる。

C++標準ライブラリの <chrono> を利用する (C++11以降)

Qt固有のAPIではなく、C++標準ライブラリの std::chrono を使う方法です。クロスプラットフォームで高精度な時間計測が可能で、QElapsedTimer と同様にシステム時刻の変更に影響されにくい steady_clock などが利用できます。

例

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread> // std::this_thread::sleep_for のために必要

int main() {
    // 処理開始時間
    auto start_time = std::chrono::steady_clock::now();

    std::cout << "処理Aを実行中..." << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(180));

    // 中間点時間
    auto middle_time = std::chrono::steady_clock::now();
    std::cout << "処理Bを実行中..." << std::endl;
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(220));

    // 処理終了時間
    auto end_time = std::chrono::steady_clock::now();

    // 時間差の計算
    // duration_cast で目的の単位（ミリ秒）に変換
    auto duration_start_to_middle = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(middle_time - start_time);
    auto duration_middle_to_end = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end_time - middle_time);
    auto total_duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end_time - start_time);

    std::cout << "開始から中間点まで: " << duration_start_to_middle.count() << "ms" << std::endl;
    std::cout << "中間点から終了まで: " << duration_middle_to_end.count() << "ms" << std::endl;
    std::cout << "合計時間: " << total_duration.count() << "ms" << std::endl;

    return 0;
}

利点

さまざまなクロックタイプ（system_clock, high_resolution_clock など）を選択できる。
ナノ秒単位などの非常に高い精度での計測が可能。
QElapsedTimer と同様に、システム時刻の変更に影響されにくい steady_clock が利用可能。
C++標準ライブラリであるため、Qtに依存しない。

Qtのシグナル/スロットやイベントループとの統合が必要な場合、QTimer などQtの他のタイマー機能と組み合わせる際には、別途考慮が必要になることがある。

Qtに依存しない高精度な時間計測
<chrono> が強力な選択肢です。ただし、Qtの他の機能との連携を考慮する必要があります。
絶対的なタイムスタンプが必要なログ記録など
QDateTime::currentMSecsSinceEpoch() が適しています。
ほとんどのQtアプリケーションにおける時間計測
QElapsedTimer が最も推奨されます。高精度でシステム時刻変更に強く、Qtのエコシステムに自然に統合されます。特に msecsTo() は2つの独立したイベントのタイミングを比較するのに優れています。