C语言中常用计时方法总结

╰半橙微兮° 2022-05-19 00:28 191阅读 0赞

# C语言中常用计时方法总结 #

## 1. time() ##

**头文件**：time.h

**函数原型**：time\_t time(time\_t \* timer)

**功能**：返回以格林尼治时间（GMT）为标准，从1970年1月1日00:00:00到现在的此时此刻所经过的秒数。

用time()函数结合其他函数（如：localtime、gmtime、asctime、ctime）可以获得当前系统时间或是标准时间。

用difftime函数可以计算两个time\_t类型的时间的差值，可以用于计时。用difftime(t2,t1)要比t2-t1更准确，因为C标准中并没有规定time\_t的单位一定是秒，而difftime会根据机器进行转换，更可靠。

**用法**：

time_t start,end;
    start =time(NULL);//or time(&start);
    //…calculating…
    end =time(NULL);
    printf("time=%d\n",difftime(end,start));

**总结**：C标准库中的函数，可移植性最好，性能也很稳定，但精度太低，只能精确到秒，对于一般的事件计时还算够用，而对运算时间的计时就明显不够用了。

## 2. clock() ##

**头文件**：time.h

**函数原型**：clock\_t clock(void);

**功能**：该函数返回值是硬件滴答数，要换算成秒，需要除以CLK\_TCK或者 CLK\_TCKCLOCKS\_PER\_SEC。比如，在VC++6.0下，这两个量的值都是1000。

**用法**：

clock_t start,end;
    start = clock();
    //…calculating…
    end = clock();
    printf("time=%f\n",(double)end-start)/CLK_TCK);

**总结**：可以精确到毫秒，适合一般场合的使用。

## 3. timeGetTime() ##

WIN32API

**头文件**：Mmsystem.h **引用库**： Winmm.lib

**函数原型**：DWORD timeGetTime(VOID);

**功能**：返回系统时间，以毫秒为单位。系统时间是从系统启动到调用函数时所经过的毫秒数。注意，这个值是32位的，会在0到2^32之间循环，约49.71天。

**用法**：

DWORDstart,end;
    start= timeGetTime();
    //…calculating…
    end= timeGetTime();
    printf("time=%d\n",end-start);

**总结**：该函数的时间精度是五毫秒或更大一些，这取决于机器的性能。可用timeBeginPeriod和timeEndPeriod函数提高timeGetTime函数的精度。如果使用了，连续调用timeGetTime函数，一系列返回值的差异由timeBeginPeriod和timeEndPeriod决定。

## 4. GetTickCount() ##

WIN32API

**头文件**：windows.h

**函数原型**：DWORD WINAPI GetTickCount(void);

**功能**：返回自设备启动后的毫秒数（不含系统暂停时间）。

**用法**：

DWORDstart,end;
    start= GetTickCount();
    //…calculating…
    end= GetTickCount();
    printf("time=%d\n",end-start);

**总结**：精确到毫秒。对于一般的实时控制，使用GetTickCount()函数就可以满足精度要求。

## 5. QueryPerformanceCounter()、QueryPerformanceFrequency() ##

WIN32API

**头文件**：windows.h

**函数原型**：BOOLQueryPerformanceCounter(LARGE\_INTEGER \*lpPerformanceCount);

BOOLQueryPerformanceFrequency(LARGE\_INTEGER \*lpFrequency);

**功能**：前者获得的是CPU从开机以来执行的时钟周期数。后者用于获得你的机器一秒钟执行多少次，就是你的时钟周期。

**补充**：LARGE\_INTEGER既可以是一个8字节长的整型数，也可以是两个4字节长的整型数的联合结构， 其具体用法根据编译器是否支持64位而定：

typedef union_LARGE_INTEGER
    {
        struct
        {
            DWORD LowPart ;
            LONG HighPart;
        };
        LONGLONG QuadPart ;
    }LARGE_INTEGER;

**用法**：

在进行定时之前，先调用QueryPerformanceFrequency()函数获得机器内部定时器的时钟频率，然后在需要严格定时的事件发生之前和发生之后分别调用QueryPerformanceCounter()函数，利用两次获得的计数之差及时钟频率，计算出事件经历的精确时间。

LARGE_INTEGER  num;
    longlong start,end,freq;
    QueryPerformanceFrequency(&num);
    freq=num.QuadPart;
    QueryPerformanceCounter(&num); 
    start= num.QuadPart; 
    //…calculating…
    QueryPerformanceCounter(&num); 
    end= num.QuadPart;  
    printf("time=%d\n",(end-start)*1000/freq);

**总结**：这种方法的定时误差不超过1微秒，精度与CPU等机器配置有关，一般认为精度为透微秒级。在Windows平台下进行高精度计时的时候可以考虑这种方法。

## 6. gettimeofday() ##

Linux C函数。

**头文件**：sys/time.h

**函数原型**：int gettimeofday(struct timeval \*tv,struct timezone \*tz);

**说明**：其参数tv是保存获取时间结果的结构体，参数tz用于保存时区结果（若不使用则传入NULL即可）。

timeval的定义为：

struct timeval {
    　　long tv_sec; // 秒数
    　　long tv_usec; //微秒数
    }

可见该函数可用于在linux中获得微秒精度的时间。

**用法**：

struct timeval start,end;
    gettimeofday(&start, NULL );
    //…calculating…
    gettimeofday(&end, NULL );
    long timeuse =1000000 * ( end.tv_sec - start.tv_sec ) + end.tv_usec - start.tv_usec;
    printf("time=%f\n",timeuse /1000000.0);

**总结**：使用这种方式计时，精度可达微秒。经验证，在arm+linux的环境下此函数仍可使用。推荐。

## 7. RDTSC - 读取时间标签计数器 ##

X86架构CPU汇编指令。

**操作码**：0F 31 **指令**：RDTSC

**功能**：将时间标签计数器读入 EDX:EAX寄存器中。

**说明**：在Pentium以上的CPU中，提供了一条机器指令RDTSC来读取这个时间戳的数字，并将其保存在EDX:EAX寄存器对中。由于EDX:EAX寄存器对恰好是Win32平台下C++语言保存函数返回值的寄存器，所以我们可以把这条指令看成是一个普通的函数调用：

inline unsigned long longGetCycleCount() 
    { 
        __asm RDTSC 
    }

如果编译器不允许直接用RDTSC的话，可以用\_emit伪指令直接嵌入该指令的机器码形式0X0F、0X31：

inline unsigned long long GetCycleCount() 
    {
        __asm _emit 0x0F 
        __asm _emit 0x31
    }

计算时还需要将得到的数字除以CPU的主频（单位GHZ），就能得到纳秒级的时间了。暂时我还没找到好的获得机器主频的方法，Windows平台下可以考虑用QueryPerformanceFrequency()函数，但这样一来就没办法在Linux下使用此方法。后来我考虑配合sleep函数，获取1秒中的机器周期数的方法来得到CPU主频。如果哪位有更好的方法，还请多多请教。

#ifdef WIN32
    #include <windows.h>
    #else
    #include <sys/unistd.h>
    #endif
    inline unsigned long long GetNTime()
    {
        __asm("RDTSC");
    }
    
    static double hz=0.0;
    
    void init_timer()
    {
        longlong t1=GetNTime();
    #ifdef WIN32
        Sleep(1000);
    #else
        sleep(1);
    #endif
        longlong t=GetNTime()-t1;
        hz=(double)t/1000000000;
        printf("hz=%fGhz\n",hz);
    }
    
    long long u_timer(long long *t,int mode)
    {
        if(hz<0.001)
            init_timer();
        if(!mode)
        {
            *t=GetNTime();
            return0;
        }
    
        longlong t1=GetNTime()-*t;
        t1/=hz;
        longlong ns=t1%1000;
        longlong us=(t1/1000)%1000;
        longlong ms=(t1/1000000)%1000;
        longlong s=t1/1000000000;
    
        printf("time=");
        if(s!=0)
            printf("%llds",s);
        if(ms!=0)
            printf("%lldms",ms);
        if(us!=0)
            printf("%lldus",us);
        if(ns!=0)
            printf("%lldns",ns);
        printf("\n");
    
        *t=GetNTime();
        returnt1;
    }

**总结**：这种方法精确到纳秒，但缺点是非常短时间的计时会不稳定。最近因为项目需要，我也找了一下ARM+Linux平台上可以用的计时方法，后来选择了gettimeofday()。不知道ARM+Linux平台上有没有类似RDTSC的这种指令。