C语言函数运行时间测试

C语言函数运行时间测试

Posted on 2010/02/01 by MrBear

最近突然有必要测试C语言中各个函数的运行时间，于是就搜索了一下，发现有4种方法可以达成测算程序运行时间的目的。
它们分别是使用clock, times, gettimeofday, getrusage来实现的。下面就来逐一介绍，并比较它们的优劣点。

系统测试环境：
VirtualBox (Ubuntu 9.10)
gcc version 4.4.1
libc6 2.10.1-0ubuntu16
Core Duo T2500 2GMHz

首先先贴出我测试用的程序吧。
程序做的处理很简单，就是填写一个1024*1024的矩阵。
只要修改第11行的定义值，就可以使用不同的测量方法了。

#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>

#define TEST_BY_CLOCK (char)(0x00)
#define TEST_BY_TIMES (char)(0x01)
#define TEST_BY_GETTIMEOFDAY (char)(0x02)
#define TEST_BY_GETRUSAGE (char)(0x03)
#define TEST_METHOD (TEST_BY_GETTIMEOFDAY)

#define COORDINATION_X (int)(1024)
#define COORDINATION_Y (int)(1024)

static int g_Matrix[COORDINATION_X][COORDINATION_Y];

double getTimeval()
{
    struct rusage stRusage;
    struct timeval stTimeval;
    if (TEST_METHOD == TEST_BY_GETTIMEOFDAY) {
        gettimeofday(&stTimeval, NULL);
    } else if (TEST_METHOD == TEST_BY_GETRUSAGE) {
        getrusage(RUSAGE_SELF, &stRusage);
        stTimeval = stRusage.ru_utime;
    }
    return stTimeval.tv_sec + (double)stTimeval.tv_usec*1E-6;
}

int main()
{
    int i, j;
    int n = 0;
    clock_t clockT1, clockT2;
    double doubleT1, doubleT2;

    if (TEST_METHOD == TEST_BY_CLOCK) {
        clockT1 = clock();
    } else if (TEST_METHOD == TEST_BY_TIMES) {
        times(&clockT1);
    } else if (TEST_METHOD == TEST_BY_GETTIMEOFDAY) {
        doubleT1 = getTimeval();
    } else if (TEST_METHOD == TEST_BY_GETRUSAGE) {
        doubleT1 = getTimeval();
    }

    for (i = 0; i < COORDINATION_X; i++) {
        for (j = 0; j < COORDINATION_Y; j++) {
            g_Matrix[i][j] = i * j;
        }
    }

    if (TEST_METHOD == TEST_BY_CLOCK) {
        clockT2 = clock();
        printf("Time result tested by clock = %10.30f\n",
                (double)(clockT2 - clockT1)/CLOCKS_PER_SEC);
    } else if (TEST_METHOD == TEST_BY_TIMES) {
        times(&clockT2);
        printf("Time result tested by times = %10.30f\n",
                (double)(clockT2 - clockT1)/sysconf(_SC_CLK_TCK));
    } else if (TEST_METHOD == TEST_BY_GETTIMEOFDAY) {
        doubleT2 = getTimeval();
        printf("Time result tested by gettimeofday = %10.30f\n",
                (double)(doubleT2 - doubleT1));
    } else if (TEST_METHOD == TEST_BY_GETRUSAGE) {
        doubleT2 = getTimeval();
        printf("Time result tested by getrusage = %10.70f\n",
                (double)(doubleT2 - doubleT1));
    }

    return 0;
｝

clock是ANSI C的标准库函数，关于这个函数需要说明几点。

首先，它返回的是CPU耗费在本程序上的时间。也就是说，途中sleep的话，由于CPU资源被释放，那段时间将不被计算在内。
其次，得到的返回值其实就是耗费在本程序上的CPU时间片的数量，也就是Clock Tick的值。该值必须除以CLOCKS_PER_SEC这个宏值，才能最后得到ss.mmnn格式的运行时间。在POSIX兼容系统中，CLOCKS_PER_SEC的值为1,000,000的，也就是1MHz。
最后，使用这个函数能达到的精度大约为10ms。

使用times的方法：
times的用法基本和clock类似，同样是取得CPU时间片的数量，所不同的是要除以的时间单位值为sysconf(_SC_CLK_TCK)。

使用gettimeofday的方法：
用gettimeofday直接提取硬件时钟进行运算，得到的结果的精度相比前两种方法提高了很多。
但是也正由于它提取硬件时钟的原因，这个方法只能计算程序开始时间和结束时间的差值。而此时系统中如果在运行其他的后台程序，可能会影响到最终结果的值。如果后台繁忙，系统dispatch过多的话，并不能完全真实反映被测量函数的运行时间。

使用getrusage的方法:
getrusage得到的是程序对系统资源的占用信息。只要指定了RUSAGE_SELF，就可以得到程序本身运行所占用的系统时间。
可以说是精度最高的测量方法了。

自己试用了这四种方法，感觉需要高精度测试的话，getrusage和gettimeofday都可以选择。需要长时间测试的话，clock也是不错的，尤其是考虑到它的通用性。