怎么計算函數的執行時間

這期內容當中小編將會給大家帶來有關怎么計算函數的執行時間，文章內容豐富且以專業的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

一、問題分析

函數的執行時間的統計在嵌入式系統中會被頻繁的用到，知識點很重要。本文從兩個方面來討論類似的問題：

1. 鴻蒙官方戰略合作共建——HarmonyOS技術社區

2. 程序內計算一個函數的執行時間

3. 計算一個程序的執行時間

二、程序內如何計算一個函數的執行時間?

1. 思路

我們在執行函數前后分別記錄下時間戳，然后計算兩個時間戳的差值即可。

我們需要借助函數clock_gettime來實現這個功能。看下該函數的定義：

#include <time.h>  int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec* tp);  可以根據需要，獲取不同要求的精確時間  參數： clk_id :   檢索和設置的clk_id指定的時鐘時間。  CLOCK_REALTIME:系統實時時間,隨系統實時時間改變而改變,即從UTC1970-1-1 0:0:0開始計時,中間時刻如果系統時間被用戶改成其他,則對應的時間相應改變   CLOCK_MONOTONIC:從系統啟動這一刻起開始計時,不受系統時間被用戶改變的影響   CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID:本進程到當前代碼系統CPU花費的時間   CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID:本線程到當前代碼系統CPU花費的時間 tp :   獲取的時間戳會存放到該結構體變量中  struct timespec  {          time_t tv_sec; /* 秒*/          long tv_nsec; /* 納秒*/  }; 返回值：  成功  0  失敗 -1  ，同時errno會被賦值

因為我們希望計算執行某個函數的時間，所以我們第一個參數選擇CLOCK_MONOTONIC。

2. 實例1

我們先來實現一個簡單的程序：

 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  11 int main() 12 { 13     int rc; 14     struct timespec ts_start, ts_end; 15      16     //start time before call function 17     rc = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts_start); 18      19     printf("you can call your function here\n"); 20      21     //end time before call function  22     rc = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts_end); 23      24     printf("CLOCK_MONOTONIC reports %ld.%09ld seconds\n", 25             ts_end.tv_sec - ts_start.tv_sec, ts_end.tv_nsec - ts_start.tv_nsec); 26 }

19行 我們可以將自己要執行的函數放置在此處。

編譯

gcc runtime.c -lrt

注意需要增加動態鏈接庫lrt，函數clock_gettime()定義于該庫中。

執行結果如下：

root@ubuntu:/home/peng/zhh# ./a.out  you can call your function here CLOCK_MONOTONIC reports 0.000013689 seconds

3. 實例2-更完善的一個例子

第一個實例比較簡單，實際在應用中，尤其是在網絡通信中，經常需要計算收發數據包的總共時間，以網絡的速率。現在我們增加功能如下：

1. 鴻蒙官方戰略合作共建——HarmonyOS技術社區

2. 檢查執行函數前后的時間戳合法性，因為有時候記錄的時間會比較長，會有數據溢出等問題

3. 循環累加總共執行時間，計算總共執行時間，然后根據執行次數計算平均執行時間

a) 檢查時間合法性

timespec_check()

static int timespec_check(struct timespec *t) {  if((t->tv_nsec <0 ) || (t->tv_nsec >= 1000000000))   return -1;   return 0; } 功能：  該函數檢查時間戳的成員tv_nsec，該值不能小于0，也不能大于1000000000 參數：  t 時間戳 返回值  成功返回 0  非法返回-1

timespec_sub()

static void timespec_sub(struct timespec *t1,  struct timespec *t2) {  if (timespec_check(t1) < 0) {   fprintf(stderr, "invalid time #1: %lld.%.9ld.\n",    (long long) t1->tv_sec,t1->tv_nsec);   return;  }  if (timespec_check(t2) < 0) {   fprintf(stderr, "invalid time #2: %lld.%.9ld.\n",    (long long) 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 超過1000000000，秒需要加1   t1->tv_sec++;   t1->tv_nsec -= 1000000000;  }  else if (t1->tv_nsec < 0)  {//tv_nsec 小于0，秒需要減1   t1->tv_sec--;   t1->tv_nsec += 1000000000;  } } 功能：  該函數首先檢查參數t1、t2合法性，然后用t1的時間減去t2的時間，并把結果存放到t1 參數：  t1:對應函數執行執行結束的時間  t2:對應函數執行之前的時間 返回值:  無

b) 實現

 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  12 static int timespec_check(struct timespec *t) 13 { 14     if((t->tv_nsec <0 ) || (t->tv_nsec >= 1000000000)) 15         return -1; 16  17     return 0; 18 } 19  20 static void timespec_sub(struct timespec *t1,  struct timespec *t2) 21 { 22     if (timespec_check(t1) < 0) { 23         fprintf(stderr, "invalid time #1: %lld.%.9ld.\n", 24             (long long) t1->tv_sec,t1->tv_nsec); 25         return; 26     } 27     if (timespec_check(t2) < 0) { 28         fprintf(stderr, "invalid time #2: %lld.%.9ld.\n", 29             (long long) t2->tv_sec,t2->tv_nsec); 30         return; 31     } 32  33     t1->tv_sec -= t2->tv_sec; 34     t1->tv_nsec -= t2->tv_nsec; 35     if (t1->tv_nsec >= 1000000000) 36     { 37         t1->tv_sec++; 38         t1->tv_nsec -= 1000000000; 39     } 40     else if (t1->tv_nsec < 0) 41     { 42         t1->tv_sec--; 43         t1->tv_nsec += 1000000000; 44     } 45 } 46  47 int main() 48 { 49     int rc; 50     int count = 10; 51     long t_time_n = 0;  //nano secend 52     long t_time_s = 0;  //secnd 53     struct timespec ts_start, ts_end; 54  55  56     while (count--) { 57  58         rc = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts_start); 59         usleep(200); 60  61         rc = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts_end);                                                          62  63         timespec_sub(&ts_end, &ts_start); 64         t_time_n += ts_end.tv_nsec; 65         t_time_s += ts_end.tv_sec; 66  67         #if 0 68         printf("CLOCK_MONOTONIC reports %ld.%09ld seconds\n",  69                 ts_end.tv_sec, ts_end.tv_nsec);      70         #endif 71     } 72     printf("** Total time %lds + %ld nsec\n",t_time_s,t_time_n); 73 }

編譯執行如下：

root@ubuntu:/home/peng/zhh# ./a.out  ** Total time 0s + 9636103 nsec

三、計算程序的執行時間

有時候我們還想知道執行某個程序需要多少時間，我們可以借助命令time。

1. 命令time

Linux time命令的用途，在于量測特定指令執行時所需消耗的時間及系統資源等信息。

CPU資源的統計包括實際使用時間(real time)、用戶態使用時間(the process spent in user  mode)、內核態使用時間(the process spent in kernel mode)。

2. 語法

time [options] COMMAND [arguments]

3. 例1

1. root@ubuntu:/home/peng/zhh# time date   2. Tue Feb 23 03:44:27 PST 2021 3.  4. real    0m0.001s 5. user    0m0.000s 6. sys     0m0.000s

• 在以上實例中，執行命令"time date"(見第1行)。

• 系統先執行命令"date"，第2行為命令"date"的執行結果。

• 第3-6行為執行命令"date"的時間統計結果，其中第4行"real"為實際時間，第5行"user"為用戶CPU時間，第6行"sys"為系統CPU時間。以上三種時間的顯示格式均為MMmNN[.FFF]s。

4. 例2

我們也可以測試上一章我們編寫的程序：

root@ubuntu:/home/peng/zhh# time ./a.out  ** Total time 0s + 9649603 nsec, avg_time = -9649603.000000   real 0m0.010s user 0m0.000s sys     0m0.000s

下面我們將59行代碼中的usleep(200)修改成sleep(1) 重新編譯執行，10秒后會打印如下執行結果：

root@ubuntu:/home/peng/zhh# time ./a.out  ** Total time 10s + 8178015 nsec  real 0m10.009s user 0m0.000s sys  0m0.000s

上述就是小編為大家分享的怎么計算函數的執行時間了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道。