在C语言中测量经过的时间 - 纳秒 - 浮点数转换

Question

我想要测量两个事件之间的时间持续时间，比如在不同时间点捕获CPU快照。 在将其乘以1000000000L之后，是否需要进行float转换？这样做正确吗？

float get_elapsed(domain_info *dom) {
    
    float temp;

    temp = (float)((dom->t2.tv_sec - dom->t1.tv_sec) * 1000000000L + (dom->t2.tv_nsec - dom->t1.tv_nsec);

    return temp;
}

- Edward Elric

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作为一个经验法则，你本来就不应该使用float来表示浮点类型。 - undefined

如果需要浮点类型，建议使用双精度。 - undefined

假设struct timeval的POSIX定义（我认为t1和t2是这样的），那么它们都是整数，结果也是整数。整数结果可以隐式转换为浮点数值（小数部分为零）。因此，不需要显式转换。实际上，也不需要使用浮点数类型。 - undefined

@AllanWind 对不起，我当然是指 struct timespec 而不是 struct timeval。 - undefined

不相关的，但我更倾向于传递两个const struct timespec *，而不是domain_info是什么。这样可以记录实际的数据依赖关系，并且您可以得到一个在其他情境中也有用的更通用的函数。 - undefined

Answer 1

我们不知道typedef struct {} domain_info是什么意思，而且这个表达式的括号不匹配，所以无法编译通过。让我们假设你的意思是：

#include <time.h>

typedef struct {
    struct timespec t1;
    struct timespec t2;
} domain_info;

float get_elapsed(domain_info *dom){
    return (float)((dom->t2.tv_sec - dom->t1.tv_sec) * 1000000000L +(dom->t2.tv_nsec - dom->t1.tv_nsec));
}

int main(void) {
    // ...
}

编译器会自动将表达式转换为浮点数，因此您不需要显式转换或临时变量。

在我的系统中，tv_sec是一个64位的长整型，但如果它是32位的，那么在(dom->t2.tv_sec - dom->t1.tv_sec)溢出之前，您只有几秒钟的差值。如果它是有符号类型，就像在我的系统上一样，这是未定义的行为。

为了提高精度，建议使用双精度(double)而不是单精度(float)，因为您将tv_sec按照因子1000000000L进行缩放，并且还对tv_nsec中的差值感兴趣。

- Allan Wind

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如果t1和t2相隔几纳秒，甚至相隔数千纳秒，你需要在时间中具有纳秒分辨率，这样当你相减时，才能得到准确的差异。如果t1和t2相隔很多秒，纳秒可能并不重要。此外，即使t1和t2只相隔几纳秒，你也需要秒数，因为在t1和t2之间纳秒与秒之间可能会发生溢出的情况... - undefined

@EricPostpischil 我理解你关于它是持续时间的观点，也许我很傻，但在10到100的范围内，我不相信基于时间的（微）基准测试。只是以不同的方式重新陈述我之前说过的话（带有粗糙的C语言/数学）：如果 (float) (delta_sec * 10^9 + delta_nsec) - delta_sec * 10^9 只给我大约 10^-3 的精度，那么使用纳秒就没有意义，我会称之为一个错误。我可能还是遗漏了一些重要的东西。 - undefined

@EricPostpischil 当你进行基准测试时，你是在比较多个实验，对吧？t(exeriment1)和t(experiment2)，所以你是在比较它们，你是通过将一个减去另一个（/ t(experiemtn1)）来做到这一点。假设t(exeriment1)是100秒，也就是100 * 1000000000L，在我的系统上是浮点数99999997952.0，然后对于t2，我做t1 + delta，并寻找t1和t2不同的第一个delta。结果是大约4096纳秒，所以如果你的实验相差不超过4毫秒，你就无法分辨。我得出结论，浮点数不适用。如果你用双精度浮点数进行相同的练习，分辨率是1纳秒。 - undefined

@EricPostpischil 努力理解（尤其是如果我错了）。 - undefined

在进行任何算术运算之前，典型程序执行时间的测量误差超过4096纳秒。执行时间会因为热量、多进程需求、设备中断、系统定时器等因素而波动。如果你想提出某人可能会如此精确地测量执行时间的论点，那没问题，他们需要更高的精度。但这与我的观点无关，即OP很可能在最终结果中不需要如此精确的测量。 - undefined

Answer 2

长的宽度够吗？

(dom->t2.tv_sec - dom->t1.tv_sec) * 1000000000L在long和time_t为32位时会出现问题。

相反，确保进行更宽的数学计算。

<stdint.h>提供了至少具有所需位宽的宏。

(dom->t2.tv_sec - dom->t1.tv_sec) * INT64_C(1000000000)

现在乘法至少是64位的。

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需要将其转换为float吗？

通常情况下，默认的浮点类型是double。如果希望返回浮点类型，进行转换可以消除转换警告，并且在这里是一种良好的做法。

• 对于引用的数据，最好使用const，因为它不会被此函数更改，这样调用代码可以传递指向const数据的指针。

double get_elapsed(const domain_info *dom){
  return (double) (//
      (dom->t2.tv_sec - dom->t1.tv_sec) * INT64_C(1000000000) + //
      (dom->t2.tv_nsec - dom->t1.tv_nsec));
}

- chux - Reinstate Monica

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TIL INT64_C()。 - undefined