C语言中操作的耗时

看到《程序设计实践》一书上第7章讲“测试”，里面有一小节描述了作者测试在自己机器上一些操作的耗时。

如整数的加减乘除，浮点数的加减乘除。觉得很有意思，就按照书上的想法，自己写了一个测试集。写的并不好，不过应该没多大问题。

首先要解决的问题是计时，我找到了三个方法：

（1）用C标准库里的clock()函数，问题是精度不够。顶多是毫秒。

 (2) 用linux系统的库函数gettimeofday()，可以精确到微秒。似乎还有一个clock_gettime()函数也很不错。

 (3) 用CPU指令，说是CPU里有一个计数器，可以用RDTSC指令来取出当前计数，这样分别取出两个计数，然后除以机器的主频，就能得到时间了，精确到纳秒级。

第一种精度太低，第三种太麻烦，关于第三种在网上有很多资料。我选第二种。

基本的计时代码结构是：

#include <sys/time.h>
...

struct timeval start, end;
double ns;

gettimeofday(&start, NULL);
/* code */
for(i = 0; i < N; i++)
    ival++;
gettimeofday(&end, NULL);

ns = 1e3*(1e6*(end.tv_sec-start.tv_sec)+end.tv_usec-start.tv_usec);
true_time = ns / N;

这里我还是将时间转成了纳秒刻度。

计时中间的代码就是一个循环， 因此最终时间还要除一个循环次数。

下面是我测试的结果，

我的电脑双核处理器：Pentium(R)Dual-Core CPU T4300@2.10GHz, ubuntu10.10系统。

gcc 4.4.5编译器，编译时候没开启优化选项。

后面的数字是时间，单位是纳秒

null loop: 3.360577      # 空循环

# 整数的操作

ival++: 3.352575

++ival: 3.352027

ival1+ival2: 3.864244

ival1-ival2: 3.258683

ival1*ival2: 3.679492

ival1/ival2: 4.871335

ival1%ival2: 4.876412

# 单精度浮点操作

fval1+fval2: 3.734369

fval1-fval2: 3.713846

fval1*fval2: 3.638461   # 可见浮点乘耗时并不多，不过除就很多了。

fval1/fval2: 10.947827

# 双精度浮点操作

dval1+dval2: 3.161844

dval1-dval2: 2.819050

dval1*dval2: 2.514910   # 双精度并不一定比单精度计算的慢

dval1/dval2: 10.611016

# 数组操作

a[i]=i: 4.019270

a[a[i]]=i: 5.042540

a[a[a[i]]]=i: 7.507980

# 分支

if(i==5): 3.749296

if(i!=5): 4.310709

# 函数调用

func(): 3.363777

func(a): 3.414053

func(a, b): 3.964201

func(a, b, c): 4.341260      # 多一些参数，应该就多了一些压栈操作

# string库里的三个函数

strcpy(d, "0123456789"): 17.458487

memcpy(d, "0123456789"): 10.090370      # 还是memcpy要快一些

strcmp(s, s): 3.424462

在我的测试中，我觉得最不可思意的是下面的代码：

#include <stdio.h>
#include <time.h>

#define N 0x7FFFFFFFU
int main()
{
    unsigned int i;
    double a,b,c;
    unsigned long long t;
    clock_t c_start, c_end;
    printf("%d\n", sizeof(clock_t));

    a = 2.3928318;
    b = 83.328321;

    c_start = clock();
    for(i = 0; i < N; i++)
        ;                   /* null loop */
    c_end = clock();
    t = c_end - c_start;
    printf("%llu\n", t);

    c_start = clock();
    for(i = 0; i < N; i++)
        c = a * b;          /* float multi */
    c_end = clock();
    t = c_end - c_start;
    printf("%llu\n", t);

    return 0;
}

运行后，我这测得的时间是：

4

7190000

5220000

数字4是clock_t占的字节数。

可见双精度浮点运算的时间要比空的循环还要少。 不得其解！

我在winXP下测试时，浮点运算要比空循环时间多那么一小点。