如何计算函数的执行时间？

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关于时间的文章，大家可以参考我之前的一篇文章《C语言操作时间函数，实现定时执行某个任务小程序》

0、问题描述

粉丝想计算一个函数的执行时间。

一、问题分析

函数的执行时间的统计在嵌入式系统中会被频繁的用到，知识点很重要。本文从两个方面来讨论类似的问题：

1. 程序内计算一个函数的执行时间
2. 计算一个程序的执行时间

二、程序内如何计算一个函数的执行时间?

1. 思路

我们在执行函数前后分别记录下时间戳，然后计算两个时间戳的差值即可。

我们需要借助函数clock_gettime来实现这个功能。看下该函数的定义：

#include<time.h>

intclock_gettime(clockid_tclk_id,structtimespec*tp);

可以根据需要，获取不同要求的精确时间

参数：

clk_id:

检索和设置的clk_id指定的时钟时间。

CLOCK_REALTIME:系统实时时间,随系统实时时间改变而改变,即从UTC1970-1-10:0:0开始计时,中间时刻如果系统时间被用户改成其他,则对应的时间相应改变

CLOCK_MONOTONIC:从系统启动这一刻起开始计时,不受系统时间被用户改变的影响

CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID:本进程到当前代码系统CPU花费的时间

CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID:本线程到当前代码系统CPU花费的时间

tp:

获取的时间戳会存放到该结构体变量中

structtimespec

{

time_ttv_sec;/*秒*/

longtv_nsec;/*纳秒*/

};

返回值：

成功0

失败-1，同时errno会被赋值

因为我们希望计算执行某个函数的时间，所以我们第一个参数选择CLOCK_MONOTONIC。

2. 实例1

我们先来实现一个简单的程序：

1#include<stdio.h>

2#include<stdlib.h>

3#include<stdint.h>

4#include<time.h>

5#include<sys/time.h>

6#include<sys/stat.h>

7#include<sys/types.h>

8#include<unistd.h>

9#include<string.h>

10

11intmain()

12{

13intrc;

14structtimespects_start,ts_end;

15

16//starttimebeforecallfunction

17rc=clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,&ts_start);

18

19printf("youcancallyourfunctionhere\\n");

20

21//endtimebeforecallfunction

22rc=clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,&ts_end);

23

24printf("CLOCK_MONOTONICreports%ld.%09ldseconds\\n",

25ts_end.tv_sec-ts_start.tv_sec,ts_end.tv_nsec-ts_start.tv_nsec);

26}

19行 我们可以将自己要执行的函数放置在此处。

编译

gccruntime.c-lrt

注意需要增加动态链接库lrt，函数clock_gettime()定义于该库中。

执行结果如下：

root@ubuntu:/home/peng/zhh#./a.out

youcancallyourfunctionhere

CLOCK_MONOTONICreports0.000013689seconds

3. 实例2-更完善的一个例子

第一个实例比较简单，实际在应用中，尤其是在网络通信中，经常需要计算收发数据包的总共时间，以网络的速率。现在我们增加功能如下：

1. 检查执行函数前后的时间戳合法性，因为有时候记录的时间会比较长，会有数据溢出等问题
2. 循环累加总共执行时间，计算总共执行时间，然后根据执行次数计算平均执行时间

a) 检查时间合法性

timespec_check()

staticinttimespec_check(structtimespec*t)

{

if((t->tv_nsec<0)||(t->tv_nsec>=1000000000))

return-1;

return0;

}

功能：

该函数检查时间戳的成员tv_nsec，该值不能小于0，也不能大于1000000000

参数：

t时间戳

返回值

成功返回0

非法返回-1

timespec_sub()

staticvoidtimespec_sub(structtimespec*t1,structtimespec*t2)

{

if(timespec_check(t1)<0){

fprintf(stderr,"invalidtime#1:%lld.%.9ld.\\n",

(longlong)t1->tv_sec,t1->tv_nsec);

return;

}

if(timespec_check(t2)<0){

fprintf(stderr,"invalidtime#2:%lld.%.9ld.\\n",

(longlong)t2->tv_sec,t2->tv_nsec);

return;

}

t1->tv_sec-=t2->tv_sec;

t1->tv_nsec-=t2->tv_nsec;

if(t1->tv_nsec>=1000000000)

{//tv_nsec超过1000000000，秒需要加1

t1->tv_sec++;

t1->tv_nsec-=1000000000;

}

elseif(t1->tv_nsec<0)

{//tv_nsec小于0，秒需要减1

t1->tv_sec–;

t1->tv_nsec+=1000000000;

}

}

功能：

该函数首先检查参数t1、t2合法性，然后用t1的时间减去t2的时间，并把结果存放到t1

参数：

t1:对应函数执行执行结束的时间

t2:对应函数执行之前的时间

返回值:

无

b) 实现

1#include<stdio.h>

2#include<stdlib.h>

3#include<stdint.h>

4#include<time.h>

5#include<sys/time.h>

6#include<sys/stat.h>

7#include<sys/types.h>

8#include<unistd.h>

9#include<string.h>

10

11

12staticinttimespec_check(structtimespec*t)

13{

14if((t->tv_nsec<0)||(t->tv_nsec>=1000000000))

15return-1;

16

17return0;

18}

19

20staticvoidtimespec_sub(structtimespec*t1,structtimespec*t2)

21{

22if(timespec_check(t1)<0){

23fprintf(stderr,"invalidtime#1:%lld.%.9ld.\\n",

24(longlong)t1->tv_sec,t1->tv_nsec);

25return;

26}

27if(timespec_check(t2)<0){

28fprintf(stderr,"invalidtime#2:%lld.%.9ld.\\n",

29(longlong)t2->tv_sec,t2->tv_nsec);

30return;

31}

32

33t1->tv_sec-=t2->tv_sec;

34t1->tv_nsec-=t2->tv_nsec;

35if(t1->tv_nsec>=1000000000)

36{

37t1->tv_sec++;

38t1->tv_nsec-=1000000000;

39}

40elseif(t1->tv_nsec<0)

41{

42t1->tv_sec–;

43t1->tv_nsec+=1000000000;

44}

45}

46

47intmain()

48{

49intrc;

50intcount=10;

51longt_time_n=0;//nanosecend

52longt_time_s=0;//secnd

53structtimespects_start,ts_end;

54

55

56while(count–){

57

58rc=clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,&ts_start);

59usleep(200);

60

61rc=clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,&ts_end);

62

63timespec_sub(&ts_end,&ts_start);

64t_time_n+=ts_end.tv_nsec;

65t_time_s+=ts_end.tv_sec;

66

67#if0

68printf("CLOCK_MONOTONICreports%ld.%09ldseconds\\n",

69ts_end.tv_sec,ts_end.tv_nsec);

70#endif

71}

72printf("**Totaltime%lds+%ldnsec\\n",t_time_s,t_time_n);

73}

编译执行如下：

root@ubuntu:/home/peng/zhh#./a.out

**Totaltime0s+9636103nsec

三、计算程序的执行时间

有时候我们还想知道执行某个程序需要多少时间，我们可以借助命令time。

1. 命令time

Linux time命令的用途，在于量测特定指令执行时所需消耗的时间及系统资源等信息。

CPU资源的统计包括实际使用时间(real time)、用户态使用时间(the process spent in user mode)、内核态使用时间(the process spent in kernel mode)。

2. 语法

time[options]COMMAND[arguments]

3. 例1

1.root@ubuntu:/home/peng/zhh#timedate

2.TueFeb2303:44:27PST2021

3.

4.real0m0.001s

5.user0m0.000s

6.sys0m0.000s

• 在以上实例中，执行命令"time date"(见第1行)。
• 系统先执行命令"date"，第2行为命令"date"的执行结果。
• 第3-6行为执行命令"date"的时间统计结果，其中第4行"real"为实际时间，第5行"user"为用户CPU时间，第6行"sys"为系统CPU时间。以上三种时间的显示格式均为MMmNN[.FFF]s。

4. 例2

我们也可以测试上一章我们编写的程序：

root@ubuntu:/home/peng/zhh#time./a.out

**Totaltime0s+9649603nsec,avg_time=-9649603.000000

real0m0.010s

user0m0.000s

sys0m0.000s

下面我们将59行代码中的usleep(200)修改成sleep(1) 重新编译执行，10秒后会打印如下执行结果：

root@ubuntu:/home/peng/zhh#time./a.out

**Totaltime10s+8178015nsec

real0m10.009s

user0m0.000s

sys0m0.000s

结果和预期基本一致。

大家可以根据我的代码，方便的将该功能移植到自己的项目中。

原文地址：https://mp.weixin.qq.com/s/WkXgVoL75_Rsb7m-SQljmw