为何std::chrono时钟内部用纳秒而非硬件计数器？嵌入式实现是否合理？

主流实现采用纳秒作为内部表示的原因 #

• 通用性与接口一致性：std::chrono是C++跨平台标准库，纳秒是所有平台都能统一理解的高精度时间单位。用纳秒作为内部表示，能保证代码在不同硬件、不同编译器下的时间处理逻辑行为一致，无需因硬件计数器的差异修改代码。
• 屏蔽硬件差异：不同硬件的计数器频率差异极大——比如x86的TSC频率可能是GHz级，而嵌入式外设定时器可能是MHz甚至kHz级。如果直接用硬件计数器值作为内部表示，用户代码必须绑定具体硬件的频率参数，移植性会变得极差。纳秒作为统一单位，彻底屏蔽了这种硬件层面的差异。
• 降低上层代码复杂度：绝大多数应用场景中，开发者需要的是直观的时间间隔（比如计算函数耗时、判断超时），纳秒是直接可用的时间单位，不需要用户再手动进行频率转换，减少了出错的概率。

硬件计数器匹配方案的合理性 #

这种方案并非不合理，只是适用场景非常特定：

• 在资源极度受限的专用嵌入式场景（比如实时控制、低功耗设备），直接返回硬件计数器值可以把now()的开销降到极致——可能只是一次寄存器读取操作，完全没有计算开销，对性能敏感的场景非常友好。
• 但需要承担以下代价：
  • 完全丧失移植性：更换硬件或者编译器后，所有依赖该时钟的时间处理代码都必须重写。
  • 时间语义模糊：计数器本身没有时间单位意义，必须在代码中硬编码硬件频率才能转换成实际时间，后续维护时容易因参数修改失误导致逻辑错误。
  • 溢出处理复杂度：硬件计数器通常位数有限（比如32位），如果频率较高，会很快溢出，需要额外编写溢出检测和处理逻辑，增加了代码复杂度。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Generic Name