Unix/Linux环境C编程入门教程(22) C/C++如何获取程序的运行时间

1.问：知道程序运行时间我们可以做什么？

在《C++应用程序性能优化》一书中，如果大家读过相信大家一定对性能优化这一块非常上心，文中总是对优化前后的时间对比非常直观给我们一个感受。

那么我们如何利用C语言提供的库函数获取一个应用程序的各阶段的运行效率，通过数据分析出该程序的瓶颈并且做出相应的优化。

本文给大家讲解的clock()函数。

2.我们首先看一看C/C++标准文档对于clock()函数的讲解

3.函数原型 clock_t clock (void);

函数返回值 clock()返回从"开启这个程序进程"到"程序中调用clock()函数"时之间的CPU时钟计时单元（clock tick）数

Returns the processor time consumed by the program.
返回程序所消耗的处理器时间

4.两个重要的概念需要理解一下

epoch：时间点。时间点在标准C/C++中是一个整数，它用此时的时间和标准时间点相差的秒数（即日历时间）来表示。
通过时钟作为参考的划时代的系统有所不同，但它是关系到执行程序（通常它的发射）。要计算一个程序的实际处理时间，由时钟返回的值应比由以前调用同一个函数返回一个值。
clock tick：时钟计时单元，一个时钟计时单元的时间长短是由CPU控制的。一个clock tick不是CPU的一个时钟周期，而是C/C++的一个基本计时单位。

5.clock函数

The value returned is expressed in clock ticks, which are units of time of a constant but system-specific length (with a relation of CLOCKS_PER_SEC clock ticks per second).
返回的值是以时钟计时单元为单位表示，这是一个恒定的但系统特定长度的时间单位（CLOCKS_PER_SEC表示每秒多少时钟计时单元）。
The epoch used as reference by clock varies between systems, but it is related to the program execution (generally its launch). To calculate the actual processing time of a program, the value returned by clock shall be compared to a value returned by a previous call to the same function.

时间点所参考的时钟的在不同系统间，它是关系到程序执行（通常它的启动）。要计算一个程序的实际处理器占用时间，由时钟返回的值应与以前调用同一个函数返回一个值相比。

时间点

Parameters

参数

none
没有

Return Value

返回值

The number of clock ticks elapsed since an epoch related to the particular program execution.

On failure, the function returns a value of -1.
如果失败，函数返回值是-1

一句话这个函数的作用就是：

启动这个程序到程序中调用clock()函数时之间的CPU时钟计时单元（clock tick）的计数。

举一个例子，调用clock的地方就像是我们在体育赛场上掐秒表的动作

100m开跑计时员开始计时，第一个到达终点掐一下显示的时间是9.502s 第二个是9.559s

9.502s和9.559s都是从开始赛跑到终点的计时。这就好比我们的程序开始启动了，我们在一些容易造成性能瓶颈的地方前掐秒表----调用clock()函数一下，完了再掐一下秒表通过计算两次掐表的间隔来评估瓶颈的严重程度。

6.讲讲clock_t
clock_t is a type defined in <ctime> as an alias of a fundamental arithmetic type.

clock_t是一个定义在ctime头文件中的类型 作为一个基本数据类型的别名。

在C语言中clock_t定义的头文件就是time.h

我们打开自己所在开发环境中的time.h 搜索一下clock_t便可以找到了

如下显示

从上如我们可以知道所谓的clock_t其实就是一个long型

7.讲讲CLOCKS_PER_SEC

前面我知道CLOCKS_PER_SEC是某一个特定的值

进入time.h和查看clock_t的方法一样找到CLOCKS_PER_SEC

显示如下

可以看见CLOCKS_PER_SEC是一个宏 意味着在所有出现CLOCKS_PER_SEC的地方在编译的时候就会被替换成1000这个数值。

8. 小试牛刀

现在我们就试验一下 我通过编写3个函数testinit() testwork() testend()

来模拟程序运行的一些模块的运行时间

#include <stdio.h>      /* printf */
#include <time.h>       /* clock_t, clock, CLOCKS_PER_SEC */
#include <math.h>       /* sqrt */
 
int testinit (int n)
{
    int num = n * n;
    while(num)
    {
       --num;
    }
    return 0;
}
int testwork (int n)
{
    printf ("Begin Calculating...\n");
    int i,j;
    int freq=n-1;
    for (i=2; i<=n; ++i)
        for (j=sqrt(i);j>1;--j)
            if (i%j==0)
            {
                --freq;
                break;
            }
    return freq;
}
int testend (int n)
{
    int num = n * n;
    while(num)
    {
       --num;
    }
    return 0;
}
int main ()
{
  clock_t t;
  int f;
  //测试第一阶段 初始化
  printf ("Begin clock...\n");
  t = clock();//第一个clock() t表示从程序启动到现在这个时刻的时间
  testinit(1500);
  t = clock() - t;//第二次调用clock()减去第一次获得的t的差值为两次掐表的间隔
  printf ("It took %d clicks (%f seconds) to call testinit().\n",t,((float)t)/CLOCKS_PER_SEC);
 
  //测试第二阶段 工作
  //第一个clock() t表示从程序启动到现在这个时刻的时间
t = clock();
  f = testwork(99999);
  //第二次调用clock()减去第一次获得的t的差值为两次掐表的间隔
  t = clock() - t;
  printf ("It took %d clicks (%f seconds)to call testwork().\n",t,((float)t)/CLOCKS_PER_SEC);
  printf ("The number of primes lower than 100,000 is: %d\n",f);
 
  //测试第三阶段
 
  //第一个clock() t表示从程序启动到现在这个时刻的时间
  t = clock();  testend(1255);
  //第二次调用clock()减去第一次获得的t的差值为两次掐表的间隔
  t = clock() - t;
  printf ("It took %d clicks (%f seconds)to call testend().\n",t,((float)t)/CLOCKS_PER_SEC);
  return 0;
}

Output:

通过比对数据我们分析出 testwork()函数耗时较大，很可能就是项目中的瓶颈。

9．下面我们看看这个程序在各个平台的Unix/Linux运行如何呢？

在RHEL7上

在RHEL6上

在Solaris上

在MAC上