C语言中常用计时方法总结

 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 
#else
#include 
#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。