Qt タイマー徹底比較：QElapsedTimer vs QDateTime vs QTimer
2025-05-27
qint64 QElapsedTimer::nsecsElapsed() は、QElapsedTimer クラスのメンバ関数の一つで、タイマーが開始されてからの経過時間をナノ秒単位の整数値 (64ビット符号付き整数) で返します。
より詳しく説明すると、以下のようになります。
-
nsecsElapsed()関数:- この関数を呼び出すと、
QElapsedTimerオブジェクトが最後にstart()関数またはrestart()関数によって開始されてからの経過時間が計算されます。 - 戻り値の型は
qint64であり、これは Qt における 64ビットの符号付き整数型です。したがって、非常に大きな範囲のナノ秒単位の時間を表現できます。 - 返される値は、ナノ秒 (nanoseconds) 単位です。1ナノ秒は 10億分の1秒 (10−9 秒) です。
- この関数を呼び出すと、
-
QElapsedTimerクラス: これは、経過時間を計測するためのクラスです。高精度な時間計測を提供し、アプリケーションのパフォーマンス計測や時間ベースの処理などに利用されます。
この関数の主な用途
- イベント処理のタイミング計測: 特定のイベントが発生してから経過した時間を高精度に計測し、それに基づいて処理を行うことができます。
- アニメーションや物理シミュレーション: より滑らかなアニメーションや正確な物理シミュレーションを実現するために、ナノ秒単位での時間管理が必要となる場合があります。
- 高精度な時間計測: ミリ秒よりも細かい精度で処理時間を計測したい場合に便利です。例えば、特定のアルゴリズムの実行時間をナノ秒単位で計測し、パフォーマンスを評価する際に使用できます。
簡単な使用例 (C++)
#include <QCoreApplication>
#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication a(argc, argv);
QElapsedTimer timer;
timer.start(); // タイマーを開始
// 何らかの処理を実行 (例: 短いループ)
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
volatile int j = i * i; // volatile を使用して最適化を防ぐ
}
qint64 elapsedNanoSeconds = timer.nsecsElapsed();
qDebug() << "経過時間 (ナノ秒):" << elapsedNanoSeconds;
qDebug() << "経過時間 (ミリ秒):" << elapsedNanoSeconds / 1000000.0; // ナノ秒をミリ秒に変換
return a.exec();
}
タイマーが開始されていない (Not Started)
- トラブルシューティング
nsecsElapsed()を呼び出す前に、必ずtimer.start()またはtimer.restart()が呼び出されていることを確認してください。- タイマーのライフサイクル全体を通して、適切なタイミングで開始されているかを確認してください。
- 現象
start()またはrestart()関数を呼び出す前にnsecsElapsed()を呼び出すと、未定義の動作になる可能性があります。通常は、タイマーが開始されてからの経過時間として意味のない値（非常に大きな値やゼロなど）が返されます。
経過時間の単位の誤解 (Misunderstanding of Units)
- トラブルシューティング
- 戻り値がナノ秒単位であることを常に意識してください。
- ミリ秒単位で処理したい場合は
$elapsedNanoSeconds / 1000000.0$のように変換する必要があります。秒単位であれば$elapsedNanoSeconds / 1000000000.0$です。 - デバッグ時には、ログ出力などで単位を明示的に確認することをお勧めします。
- 現象
nsecsElapsed()はナノ秒単位で経過時間を返しますが、これをミリ秒や秒単位と誤解して処理してしまうことがあります。
オーバーフロー (Overflow)
- トラブルシューティング
- 極端に長い時間を計測する場合は、必要に応じてより大きなデータ型（
doubleなど）への変換や、タイマーのリセットを検討してください。 - 通常の使用範囲では気にする必要はほとんどありません。
- 極端に長い時間を計測する場合は、必要に応じてより大きなデータ型（
- 現象
qint64は非常に大きな値を扱えますが、長時間の計測や頻繁な加算処理などを行うと、理論上はオーバーフローの可能性もゼロではありません。ただし、現実的なアプリケーションの実行時間においては稀なケースです。
他の処理による影響 (Interference from Other Processes/Threads)
- トラブルシューティング
- タイマーオブジェクトへのアクセスを排他的に行うために、ミューテックスなどの同期メカニズムを使用することを検討してください。
- 可能であれば、タイマーの操作と読み取りを同一のスレッド内で行うように設計してください。
- 現象
マルチスレッド環境において、タイマーの操作や経過時間の読み取りが複数のスレッドから同時に行われると、競合状態が発生し、予期しない結果になる可能性があります。
システムクロックの精度と変動 (System Clock Precision and Jitter)
- トラブルシューティング
- 非常に短い時間の計測を何度も繰り返すような処理では、累積的な誤差が大きくなる可能性があることを理解しておいてください。
- より高精度な時間計測が必要な場合は、OS固有のAPIなどを検討する必要があるかもしれません（ただし、Qtの移植性を損なう可能性があります）。
- 複数の計測を行い、平均値を取るなどの工夫で、ある程度のノイズを軽減できる場合があります。
- 現象
QElapsedTimerはシステムの高精度タイマーを利用しますが、それでもシステムの負荷状況やハードウェアの制約によって、計測精度にわずかな変動（ジッター）が生じる可能性があります。特に、リアルタイム性が厳しく求められるアプリケーションでは注意が必要です。
誤ったタイミングでのリセット (Incorrect Reset Timing)
- トラブルシューティング
restart()を呼び出す必要があるのは、計測を明示的にリセットして再開したい場合のみです。- コードの流れを注意深く確認し、不要な
restart()呼び出しがないか確認してください。
- 現象
restart()関数を意図しないタイミングで呼び出してしまうと、経過時間がリセットされ、期待通りの計測ができなくなります。
- テストケース
簡単なテストケースを作成し、特定の条件下でのnsecsElapsed()の挙動を確認するのも有効です。 - ステップ実行
デバッガを使用してコードをステップ実行し、タイマーの開始と経過時間の取得が期待通りに行われているかを確認してください。 - ログ出力
経過時間を定期的にログ出力して、値の変化を追跡することは非常に有効なデバッグ手法です。
#include <QCoreApplication>
#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
#include <QThread> // スリープ関数を使用するため
int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication a(argc, argv);
QElapsedTimer timer;
timer.start(); // タイマーを開始
qDebug() << "処理を開始...";
QThread::msleep(500); // 500ミリ秒間スリープ (何らかの処理を模倣)
qDebug() << "処理が完了しました。";
qint64 elapsedNanoSeconds = timer.nsecsElapsed();
qDebug() << "経過時間 (ナノ秒):" << elapsedNanoSeconds;
qDebug() << "経過時間 (ミリ秒):" << elapsedNanoSeconds / 1000000.0;
return a.exec();
}
説明
QElapsedTimer timer;でQElapsedTimerオブジェクトを作成します。timer.start();でタイマーを起動し、計測を開始します。QThread::msleep(500);は、500ミリ秒間プログラムの実行を一時停止させる関数です。ここでは、何らかの処理が行われていることを模倣しています。timer.nsecsElapsed();を呼び出すことで、start()が呼ばれてからの経過時間をナノ秒単位で取得し、elapsedNanoSeconds変数に格納します。- 取得したナノ秒単位の経過時間を
qDebug()で出力し、さらにミリ秒単位に変換して出力しています。
ループ内の各処理にかかる時間を計測する例です。
#include <QCoreApplication>
#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication a(argc, argv);
QElapsedTimer timer;
for (int i = 0; i < 5; ++i) {
timer.start(); // 各イテレーションの開始時にタイマーをリスタート
// 何らかの短い処理
volatile int j = i * i * i;
Q_UNUSED(j); // コンパイラの警告を抑制
qint64 elapsedNanoSeconds = timer.nsecsElapsed();
qDebug() << "イテレーション" << i + 1 << "の処理時間 (ナノ秒):" << elapsedNanoSeconds;
qDebug() << "イテレーション" << i + 1 << "の処理時間 (ミリ秒):" << elapsedNanoSeconds / 1000000.0;
}
return a.exec();
}
説明
- ループ内で
timer.start()を呼び出すことで、各イテレーションの開始時にタイマーがリセットされ、計測が開始されます。 - ループ内の処理（ここでは簡単な計算）にかかった時間が
nsecsElapsed()で取得され、各イテレーションごとに表示されます。
一定の時間間隔で何か処理を実行したい場合に、経過時間を利用する方法を示す例です。
#include <QCoreApplication>
#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
#include <QThread>
int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication a(argc, argv);
QElapsedTimer timer;
timer.start();
qint64 lastElapsed = 0;
qint64 targetInterval = 200 * 1000000; // 200ミリ秒 (ナノ秒単位)
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
qint64 currentElapsed = timer.nsecsElapsed();
if (currentElapsed - lastElapsed >= targetInterval) {
qDebug() << "実行:" << i + 1 << "回目 (経過時間:" << currentElapsed / 1000000.0 << "ミリ秒)";
lastElapsed = currentElapsed;
// ここに実行したい処理を記述
QThread::msleep(50); // 処理時間をシミュレート
}
QThread::usleep(10); // 細かいウェイト
}
return a.exec();
}
説明
targetIntervalで目標とする時間間隔（200ミリ秒）をナノ秒単位で設定します。- ループ内で現在の経過時間を
timer.nsecsElapsed()で取得し、前回の実行時間 (lastElapsed) と比較します。 - 経過時間が目標間隔以上になった場合に、処理を実行し、
lastElapsedを更新します。 QThread::usleep(10);は、細かいウェイトを入れて CPU の負荷を軽減しています。
特定の関数の実行時間を計測する例です。
#include <QCoreApplication>
#include <QElapsedTimer>
#include <QDebug>
// 計測したい関数
void someFunction() {
for (int i = 0; i < 100000; ++i) {
volatile double result = sin(i * 0.01);
Q_UNUSED(result);
}
}
int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication a(argc, argv);
QElapsedTimer timer;
timer.start();
someFunction();
qint64 elapsedNanoSeconds = timer.nsecsElapsed();
qDebug() << "関数 'someFunction' の実行時間 (ナノ秒):" << elapsedNanoSeconds;
qDebug() << "関数 'someFunction' の実行時間 (ミリ秒):" << elapsedNanoSeconds / 1000000.0;
return a.exec();
}
- 計測したい関数
someFunction()を定義します。 someFunction()の呼び出し前後にtimer.start()とtimer.nsecsElapsed()を配置することで、関数の実行時間を計測できます。
QDateTime::currentMSecsSinceEpoch() / QDateTime::currentSecsSinceEpoch() を利用する
QDateTime クラスは、特定時点からの経過ミリ秒または秒数を取得する関数を提供します。これらを利用して、処理の開始時点と終了時点のタイムスタンプを取得し、その差を計算することで経過時間を求めることができます。
#include <QCoreApplication>
#include <QDateTime>
#include <QDebug>
#include <QThread>
int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication a(argc, argv);
qint64 startTimeMs = QDateTime::currentMSecsSinceEpoch();
qDebug() << "処理を開始...";
QThread::msleep(500); // 何らかの処理を模倣
qDebug() << "処理が完了しました。";
qint64 endTimeMs = QDateTime::currentMSecsSinceEpoch();
qint64 elapsedTimeMs = endTimeMs - startTimeMs;
qDebug() << "経過時間 (ミリ秒):" << elapsedTimeMs;
qDebug() << "経過時間 (ナノ秒、概算):" << elapsedTimeMs * 1000000;
return a.exec();
}
説明
- ナノ秒単位の精度は得られませんが、ミリ秒単位での計測で十分な場合には有効です。
- 処理の開始前と終了後にこの関数を呼び出し、その差を計算することで経過ミリ秒数を取得できます。
QDateTime::currentMSecsSinceEpoch()は、1970年1月1日 00:00:00 UTC からの経過ミリ秒数を返します。
注意点
- システム時刻が変更された場合、計測結果が不正確になる可能性があります。
QDateTimeの精度はシステムのクロックに依存するため、QElapsedTimerほど高精度ではない可能性があります。
QTimer を利用する (時間間隔ベースの処理)
特定の時間間隔で処理を実行したい場合、QTimer クラスを利用できます。これは経過時間を直接計測するものではありませんが、一定時間ごとにシグナルを発行するため、時間ベースの処理を制御するのに役立ちます。
#include <QCoreApplication>
#include <QTimer>
#include <QDebug>
int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication a(argc, argv);
QTimer timer;
QObject::connect(&timer, &QTimer::timeout, [&]() {
qDebug() << "タイマーがタイムアウトしました (" << QDateTime::currentDateTime().toString("hh:mm:ss.zzz") << ")";
// ここに定期的に実行したい処理を記述
});
timer.start(200); // 200ミリ秒ごとにタイムアウトシグナルを発行
return a.exec();
}
説明
timer.start(200)で、タイマーが200ミリ秒ごとにtimeout()シグナルを発行するように設定します。QTimerオブジェクトを作成し、timeout()シグナルに処理を接続します。
注意点
- これは経過時間を計測するのではなく、一定時間間隔で処理を行うための仕組みです。
標準ライブラリの <chrono> を利用する (C++11以降)
C++11以降では、<chrono> ライブラリが提供する高精度な時間計測機能を利用することもできます。
#include <QCoreApplication>
#include <chrono>
#include <iostream>
#include <thread>
int main(int argc, char *argv[])
{
QCoreApplication a(argc, argv);
auto startTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();
std::cout << "処理を開始..." << std::endl;
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500)); // 何らかの処理を模倣
std::cout << "処理が完了しました。" << std::endl;
auto endTime = std::chrono::high_resolution_clock::now();
auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(endTime - startTime);
std::cout << "経過時間 (ナノ秒): " << duration.count() << std::endl;
std::cout << "経過時間 (ミリ秒): " << duration.count() / 1000000.0 << std::endl;
return a.exec();
}
説明
std::chrono::duration_castでナノ秒単位のdurationに変換し、count()メソッドで値を取得します。- 処理の開始前と終了後に時刻を取得し、その差を
std::chrono::durationで計算します。 std::chrono::high_resolution_clock::now()で高精度な現在時刻を取得します。
注意点
- Qtの型システムとの連携が必要な場合（例えばシグナルとスロットで経過時間を渡すなど）、適宜変換が必要になることがあります。
- C++11以降のコンパイラが必要です。
OS固有のAPIを利用する (移植性の低下)
特定のプラットフォームでのみ動作するコードであれば、OSが提供するより低レベルな時間計測APIを利用することも考えられます。例えば、Windows の QueryPerformanceCounter や POSIX システムの clock_gettime などです。
注意点
- 通常、Qt の高レベルなAPIで十分な精度が得られるため、特別な理由がない限り推奨されません。
- プラットフォーム依存性が高くなり、コードの移植性が失われます。
- 特定のプラットフォームに限定され、より低レベルな制御が必要な場合
OS固有のAPIを検討するかもしれませんが、移植性を考慮すると慎重に判断する必要があります。 - C++11以降を利用可能で、標準ライブラリとの連携を重視する場合
<chrono>ライブラリも選択肢となります。 - 一定時間間隔での処理
QTimerが適切です。 - ミリ秒単位の経過時間計測で十分
QDateTime::currentMSecsSinceEpoch()も比較的簡単に利用できます。 - 高精度な経過時間計測
QElapsedTimerが最も適しています。