【C/C++】計時函式比較

一點心青發表於2013-07-25
C++函式

　　目前，存在著各種計時函式，一般的處理都是先呼叫計時函式，記下當前時間tstart，然後處理一段程式，再呼叫計時函式，記下處理後的時間tend，再tend和tstart做差，就可以得到程式的執行時間，但是各種計時函式的精度不一樣.下面對各種計時函式，做些簡單記錄.

　　方法1,time()獲取當前的系統時間，返回的結果是一個time_t型別，其實就是一個大整數，其值表示從CUT（Coordinated Universal Time）時間1970年1月1日00:00:00（稱為UNIX系統的Epoch時間）到當前時刻的秒數.   

void test1()
{
    time_t start,stop;
    start = time(NULL);
    foo();//dosomething
    stop = time(NULL);
    printf("Use Time:%ld\n",(stop-start));
}

　　方法2,clock()函式返回從“開啟這個程式程式”到“程式中呼叫clock()函式”時之間的CPU時鐘計時單元（clock tick）數，在MSDN中稱之為掛鐘時間（wal-clock）

常量CLOCKS_PER_SEC，它用來表示一秒鐘會有多少個時鐘計時單元

void test2()
{
    double dur;
    clock_t start,end;
    start = clock();
    foo();//dosomething
    end = clock();
    dur = (double)(end - start);
    printf("Use Time:%f\n",(dur/CLOCKS_PER_SEC));
}

       方法3,timeGetTime()函式以毫秒計的系統時間。該時間為從系統開啟算起所經過的時間,是windows api

void test3()
{
    DWORD t1,t2;
    t1 = timeGetTime();
    foo();//dosomething
    t2 = timeGetTime();
    printf("Use Time:%f\n",(t2-t1)*1.0/1000);
}

        方法4,QueryPerformanceCounter()這個函式返回高精確度效能計數器的值,它可以以微妙為單位計時.但是QueryPerformanceCounter()確切的精確計時的最小單位是與系統有關的,所以,必須要查詢系統以得到QueryPerformanceCounter()返回的嘀噠聲的頻率.QueryPerformanceFrequency()提供了這個頻率值,返回每秒嘀噠聲的個數.

void test4()
{
    LARGE_INTEGER t1,t2,tc;
    QueryPerformanceFrequency(&tc);
    QueryPerformanceCounter(&t1);
    foo();//dosomething
    QueryPerformanceCounter(&t2);
    printf("Use Time:%f\n",(t2.QuadPart - t1.QuadPart)*1.0/tc.QuadPart);
}

         方法5,GetTickCount返回（retrieve）從作業系統啟動到現在所經過（elapsed）的毫秒數，它的返回值是DWORD

void test5()
{
    DWORD t1,t2;
    t1 = GetTickCount();
    foo();//dosomething
    t2 = GetTickCount();
    printf("Use Time:%f\n",(t2-t1)*1.0/1000);
}

         方法6,RDTSC指令，在Intel   Pentium以上級別的CPU中，有一個稱為“時間戳（Time   Stamp）”的部件，它以64位無符號整型數的格式，記錄了自CPU上電以來所經過的時鐘週期數。由於目前的CPU主頻都非常高，因此這個部件可以達到納秒級的計時精度。這個精確性是上述幾種方法所無法比擬的.在Pentium以上的CPU中，提供了一條機器指令RDTSC（Read   Time   Stamp   Counter）來讀取這個時間戳的數字，並將其儲存在EDX:EAX暫存器對中。由於EDX:EAX暫存器對恰好是Win32平臺下C++語言儲存函式返回值的暫存器，所以我們可以把這條指令看成是一個普通的函式呼叫，因為RDTSC不被C++的內嵌彙編器直接支援，所以我們要用_emit偽指令直接嵌入該指令的機器碼形式0X0F、0X31

inline unsigned __int64 GetCycleCount()
{
    __asm
    {
        _emit 0x0F;
        _emit 0x31;
    }
}

void test6()
{
    unsigned long t1,t2;
    t1 = (unsigned long)GetCycleCount();
    foo();//dosomething
    t2 = (unsigned long)GetCycleCount();
    printf("Use Time:%f\n",(t2 - t1)*1.0/FREQUENCY);   //FREQUENCY指CPU的頻率
}

　　方法7,gettimeofday() linux環境下的計時函式，int gettimeofday ( struct timeval * tv , struct timezone * tz ),gettimeofday()會把目前的時間有tv所指的結構返回，當地時區的資訊則放到tz所指的結構中.

//timeval結構定義為:
struct timeval{
long tv_sec; /*秒*/
long tv_usec; /*微秒*/
};
//timezone 結構定義為:
struct timezone{
int tz_minuteswest; /*和Greenwich 時間差了多少分鐘*/
int tz_dsttime; /*日光節約時間的狀態*/
};
void test7()
{
    struct timeval t1,t2;
    double timeuse;
    gettimeofday(&t1,NULL);
    foo();
    gettimeofday(&t2,NULL);
    timeuse = t2.tv_sec - t1.tv_sec + (t2.tv_usec - t1.tv_usec)/1000000.0;
    printf("Use Time:%f\n",timeuse);
}

 　　方法8,linux環境下，用RDTSC指令計時.與方法6是一樣的.只不過在linux實現方式有點差異.

#if defined (__i386__)
static __inline__ unsigned long long GetCycleCount(void)
{
        unsigned long long int x;
        __asm__ volatile("rdtsc":"=A"(x));
        return x;
}
#elif defined (__x86_64__)
static __inline__ unsigned long long GetCycleCount(void)
{
        unsigned hi,lo;
        __asm__ volatile("rdtsc":"=a"(lo),"=d"(hi));
        return ((unsigned long long)lo)|(((unsigned long long)hi)<<32);
}
#endif

void test8()
{
        unsigned long t1,t2;
        t1 = (unsigned long)GetCycleCount();
        foo();//dosomething
        t2 = (unsigned long)GetCycleCount();
        printf("Use Time:%f\n",(t2 - t1)*1.0/FREQUENCY); //FREQUENCY  CPU的頻率
}

簡單的比較表格如下

序號 函式 型別 精度級別 時間
1 time C系統呼叫 低 <1s
2 clcok C系統呼叫 低 <10ms
3 timeGetTime Windows API 中 <1ms
4 QueryPerformanceCounter Windows API 高 <0.1ms
5 GetTickCount Windows API 中 <1ms
6 RDTSC 指令 高 <0.1ms
7 gettimeofday  linux環境下C系統呼叫 高 <0.1ms


　　總結，方法1,2,7,8可以在linux環境下執行，方法1,2,3,4,5,6可以在windows環境下執行.其中，timeGetTime()和GetTickCount()的返回值型別為DWORD，當統計的毫妙數過大時，將會使結果歸0，影響統計結果.
        測試結果，windows環境下，主頻為1.6GHz，單位為秒.

1 Use Time:0
2 Use Time:0.390000
3 Use Time:0.388000
4 Use Time:0.394704
5 Use Time:0.407000
6 Use Time:0.398684

　　linux環境下，主頻為2.67GHz，單位為秒

1 Use Time:1
2 Use Time:0.290000
7 Use Time:0.288476
8 Use Time:0.297843

      由於time()計時函式的精度比較低，多次執行程式時，將會得到不同的結果，時而為0，時而為1

foo()函式如下：

void foo()
{
    long i;
    for (i=0;i<100000000;i++)
    {
        long a= 0;
        a = a+1;
    }
}

相關文章