C语言中clock()函数的准确性

Question

C语言中clock()函数的准确性

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我有一些代码，试图确定一个代码块的执行时间。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
   clock_t start_t, end_t, total_t;
   int i;

   start_t = clock(); //clock start
   printf("Starting of the program, start_t = %ld\n", start_t);

   printf("Going to scan a big loop, start_t = %ld\n", start_t);
   for(i=0; i< 10000000; i++)  //trying to determine execution time of this block
   {
   }
   end_t = clock(); //clock stopped
   printf("End of the big loop, end_t = %ld\n", end_t);

   total_t = (long int)(end_t - start_t);
   printf("Total time taken by CPU: %lu\n", total_t  );

   return(0);
}

我的机器上运行这段代码的输出结果是：

Starting of the program, start_t = 8965
Going to scan a big loop, start_t = 8965
End of the big loop, end_t = 27259
Total time taken by CPU: 18294

假设我的CPU运行频率为21 MHz，假设这是唯一正在执行的任务，那么每个机器周期大约等于47纳秒，因此（18294 * 47）=859818纳秒。

这会成为我代码中for循环的执行时间吗？我是否有一些错误的假设。

- user2808264

要以秒为单位获取时间，您应该将数字（例如，在您的情况下是 total_t）除以 CLOCKS_PER_SEC。请注意，您需要将 total_t 强制转换为浮点值才能正常工作。 - Some programmer dude

1

此外还有一个小细节需要指出，以 _t 后缀结尾的符号通常用于类型别名（通过 typedef 创建）。例如 size_t、time_t 甚至是 clock_t。 - Some programmer dude

2

CLOCKS_PER_SEC 在不同平台上不同的原因是因为“滴答声”是平台相关的。它不仅取决于硬件，还取决于操作系统。分辨率和精度是您必须在操作系统文档中找到的内容。可靠且可移植获取秒数的唯一方法是将（浮点）差异除以 CLOCKS_PER_SEC。否则这些数字本身就没有太多意义。 - Some programmer dude

@JoachimPileborg非常有用。有没有办法将分辨率提高到10微秒的级别？也许使用一组精度更高的替代函数？ - user2808264

1

你实际上不能改变 clock 函数或其内部工作方式。但是，根据操作系统，可能会有更高分辨率的计时器可用。如果你在一个只有最小操作系统的嵌入式系统上，则硬件可能有可替代使用的计时器。 - Some programmer dude

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1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Gilles 'SO- stop being evil' · Accepted Answer

<转译> < p > clock 函数使用的时间单位是任意的。在大多数平台上，它与处理器速度无关。它更常见地与外部定时器中断的频率相关 - 这可以通过软件配置 - 或与一个历史值相关，这个值通过多年的处理器演变保持兼容性。您需要使用宏 CLOCKS_PER_SEC 来转换为实际时间。

printf("Total time taken by CPU: %fs\n", (double)total_t / CLOCKS_PER_SEC);

C 标准库的设计旨在可在广泛的硬件上实现，包括那些没有内部定时器并依赖外围设备来告知时间的处理器。许多平台有比 time 更精确的测量墙钟时间的方法，有比 clock 更精确的测量 CPU 消耗的方法。例如，在 POSIX 系统上（如 Linux 和其他类 Unix 系统），可以使用具有微秒精度的getrusage。

struct timeval start, end;
struct rusage usage;
getrusage(RUSAGE_SELF, &usage);
start = usage.ru_utime;
…
getrusage(RUSAGE_SELF, &usage);
end = usage.ru_utime;
printf("Total time taken by CPU: %fs\n", (double)(end.tv_sec - start.tv_sec) + (end.tv_usec - start.tv_usec) / 1e-6);

如果有的话，clock_gettime(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID)或者clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID)可以提供更好的精度。它的精度为纳秒级别。

请注意精确度和准确度之间的区别：精确度是指报告值的单位。准确度是指报告值与真实值的接近程度。除非您正在处理实时系统，否则没有硬性保证代码执行需要多长时间，包括测量函数本身的调用。

一些处理器具有计算处理器周期而不是挂钟时间的循环时钟，但这会非常依赖于系统。

在进行基准测试时，请注意您所测量的是此特定可执行文件在此特定CPU上的执行情况以及结果可能适用于其他情况。例如，除非关闭优化，否则大多数编译器都会优化掉问题中的空循环。测量未经优化的代码速度通常毫无意义。即使在循环中添加了实际工作，请小心玩具基准测试：它们通常没有与现实世界代码相同的性能特征。在现代高端CPU（例如PC和智能手机中）上，对CPU密集型代码进行基准测试通常非常敏感，而结果可能取决于系统中正在运行的其他内容、确切的CPU型号（由于不同的缓存大小和布局）以及代码所处的地址等。