c语言中如何测函数运行时间

C语言中测量函数运行时间的方法包括使用clock()函数、使用gettimeofday()函数、使用C++11中的chrono库。 在本文中，我们将详细讲解这几种方法的使用，并重点介绍clock()函数。通过这些方法，可以精确地测量函数的运行时间，从而进行性能优化。

一、使用clock()函数

clock()函数是C标准库中提供的一种测量时间的函数，它返回从程序开始执行到调用clock()函数时所经历的时间。这个时间值是以处理器时钟周期数来表示的。

使用方法

1. 引入头文件：需要包含<time.h>头文件。
2. 记录起始时间：在函数执行前调用clock()函数记录当前时间。
3. 执行目标函数：执行需要测量时间的函数。
4. 记录结束时间：在函数执行后再次调用clock()函数记录当前时间。
5. 计算时间差：通过计算结束时间与起始时间的差值，得到函数运行时间。

#include <stdio.h>

#include <time.h>
void sampleFunction() {
    for(int i = 0; i < 1000000; i++);
}
int main() {
    clock_t start, end;
    double cpu_time_used;
    start = clock();
    sampleFunction();
    end = clock();
    cpu_time_used = ((double) (end - start)) / CLOCKS_PER_SEC;
    printf("Function execution time: %f secondsn", cpu_time_used);
    return 0;
}

在这个例子中，我们测量了一个简单循环函数的运行时间。通过计算end与start的差值，并除以CLOCKS_PER_SEC，我们可以得到函数的执行时间。

二、使用gettimeofday()函数

gettimeofday()是POSIX标准提供的函数，用于获取当前的时间。它返回一个struct timeval结构，该结构包含秒和微秒级别的时间。

使用方法

1. 引入头文件：需要包含<sys/time.h>头文件。
2. 记录起始时间：在函数执行前调用gettimeofday()函数记录当前时间。
3. 执行目标函数：执行需要测量时间的函数。
4. 记录结束时间：在函数执行后再次调用gettimeofday()函数记录当前时间。
5. 计算时间差：通过计算结束时间与起始时间的差值，得到函数运行时间。

#include <stdio.h>

#include <sys/time.h>
void sampleFunction() {
    for(int i = 0; i < 1000000; i++);
}
int main() {
    struct timeval start, end;
    long seconds, useconds;    
    double mtime;
    gettimeofday(&start, NULL);
    sampleFunction();
    gettimeofday(&end, NULL);
    seconds  = end.tv_sec  - start.tv_sec;
    useconds = end.tv_usec - start.tv_usec;
    mtime = ((seconds) * 1000 + useconds/1000.0) + 0.5;
    printf("Function execution time: %f millisecondsn", mtime);
    return 0;
}

在这个例子中，我们测量了同样的循环函数，但使用的是gettimeofday()函数。通过计算end与start的差值，并将其转换为毫秒，我们可以得到函数的执行时间。

三、使用C++11中的chrono库

对于C++程序员，可以使用C++11引入的chrono库来测量函数运行时间。chrono库提供了高精度的时间测量工具。

使用方法

1. 引入头文件：需要包含<chrono>头文件。
2. 记录起始时间：在函数执行前调用chrono::high_resolution_clock::now()记录当前时间。
3. 执行目标函数：执行需要测量时间的函数。
4. 记录结束时间：在函数执行后再次调用chrono::high_resolution_clock::now()记录当前时间。
5. 计算时间差：通过计算结束时间与起始时间的差值，得到函数运行时间。

#include <iostream>

#include <chrono>
void sampleFunction() {
    for(int i = 0; i < 1000000; i++);
}
int main() {
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    sampleFunction();
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::chrono::duration<double> elapsed = end - start;
    std::cout << "Function execution time: " << elapsed.count() << " secondsn";
    return 0;
}

在这个例子中，我们测量了同样的循环函数，但使用的是C++11的chrono库。通过计算end与start的差值，并使用elapsed.count()方法，我们可以得到函数的执行时间。

四、注意事项

1. 测量精度：不同的方法有不同的精度要求。clock()函数通常以处理器时钟周期为单位，而gettimeofday()函数和chrono库可以提供更高的精度。
2. 系统依赖性：gettimeofday()函数是POSIX标准的一部分，因此在非POSIX系统上可能不适用。
3. 性能影响：测量时间本身也会消耗一定的系统资源，因此在测量时应尽量减少其他系统干扰，以获得更准确的结果。

五、应用场景

1. 性能调优：通过测量函数运行时间，可以找出程序中的性能瓶颈，从而进行优化。
2. 算法比较：在选择算法时，可以通过测量不同算法的运行时间来决定最佳方案。
3. 实时系统：在实时系统中，测量函数运行时间可以帮助确保系统在规定时间内完成任务。

六、总结

测量函数运行时间是程序优化和性能调优中不可或缺的一部分。通过使用clock()函数、gettimeofday()函数和C++11中的chrono库，可以精确地测量函数的运行时间。每种方法都有其优缺点，开发者应根据具体需求选择合适的方法。通过不断测量和优化，可以显著提升程序的运行效率。

相关问答FAQs：

1. 如何在C语言中测量函数的运行时间？

要在C语言中测量函数的运行时间，可以使用系统提供的计时函数。其中一个常用的方法是使用clock()函数。具体步骤如下：

• 在函数开始前调用clock()函数，记录当前时间。
• 在函数结束后再次调用clock()函数，获取当前时间。
• 两次调用的时间差即为函数的运行时间。

2. 有没有其他方法可以测量C语言函数的运行时间？

除了使用clock()函数外，还可以使用其他方法来测量C语言函数的运行时间。例如，可以使用操作系统提供的高精度计时器函数，如QueryPerformanceCounter()函数（仅适用于Windows系统），或者使用第三方库如time.h中的gettimeofday()函数。

3. 如何将测量得到的函数运行时间以毫秒为单位显示出来？

测量得到的函数运行时间通常是以时钟周期为单位的。要将其转换为以毫秒为单位的时间，可以使用以下步骤：

• 将测量得到的时钟周期数除以每秒的时钟周期数（通常是CLOCKS_PER_SEC）得到秒数。
• 将秒数乘以1000得到毫秒数。

例如，假设测量得到的时钟周期数为time，则可以使用以下代码将其转换为以毫秒为单位的时间：

double milliseconds = (double)time / (double)CLOCKS_PER_SEC * 1000;