c# - 高精度 sleep 或如何让出 CPU 并保持精确的帧率

Question

我在一个 2D 游戏引擎上工作，它有一个名为 LimitFrameRate 的函数来确保游戏不会运行得太快以至于用户无法玩游戏。在这个游戏引擎中，游戏的速度与帧率有关。所以通常人们希望将帧速率限制在 60 fps 左右。这个函数的代码相对简单:计算我们应该开始处理下一帧之前的剩余时间量，将其转换为毫秒，休眠该毫秒数(可能为 0)，重复直到恰到好处的时间，然后退出。这是代码:

public virtual void LimitFrameRate(int fps)
{
  long freq;
  long frame;
  freq = System.Diagnostics.Stopwatch.Frequency;
  frame = System.Diagnostics.Stopwatch.GetTimestamp();
  while ((frame - previousFrame) * fps < freq)
  {
     int sleepTime = (int)((previousFrame * fps + freq - frame * fps) * 1000 / (freq * fps));
     System.Threading.Thread.Sleep(sleepTime);
     frame = System.Diagnostics.Stopwatch.GetTimestamp();
  }
  previousFrame = frame;
}

当然，我发现由于某些系统上 sleep 功能的不精确性，帧速率与预期完全不同。 sleep 功能的精度只有 15 毫秒左右，所以您不能再等了。奇怪的是，有些系统用这段代码达到了完美的帧率，并且可以完美地达到一定范围内的帧率。但其他系统没有。我可以删除 sleep 功能，然后其他系统将达到帧率，但它们会占用 CPU。

我看过其他关于 sleep 功能的文章:

• Sleep function in c in windows. Does a function with better precision exist?
• Sleep Function Error In C

程序员要做什么？我不是要求保证帧速率(或保证 sleep 时间，换句话说)，只是一般行为。我希望能够休眠(例如)7 毫秒，以便将一些 CPU 交给操作系统，并让它通常在 7 毫秒或更短的时间内返回控制权(只要它能收回一些 CPU 时间)，如果它需要有时更多，没关系。所以我的问题如下:

1. 为什么 sleep 在某些 Windows 环境中完美而准确地工作，而在其他环境中却不行？ (有没有办法在所有环境中获得相同的行为？)
2. 如何在不占用 C# 代码的 CPU 的情况下实现通常精确的帧速率？

Answer 1

您可以使用 timeBeginPeriod提高定时器/ sleep 的准确性。请注意，这会全局影响系统并可能增加功耗。
您可以在程序开始时调用 timeBeginPeriod(1)。在您观察到更高计时器准确性的系统上，另一个正在运行的程序可能会做到这一点。
而且我不会费心计算 sleep 时间，只需在循环中使用 sleep(1)。

但即使只有 16 毫秒的精度，您也可以编写代码，使误差随时间平均。那就是我要做的。编码不难，只需对当前代码进行少量调整即可工作。

或者您可以切换到使移动与耗时成比例的代码。但即使在这种情况下，您也应该实现帧速率限制器，以免获得无用的高帧速率和不必要的功耗。

编辑:根据这个答案中的想法和评论，制定了接受的答案。