Linux下如何计算函数的执行时间？实例代码直接拿去用
0、问题描述
粉丝想计算一个函数的执行时间。
一、问题分析
函数的执行时间的统计在嵌入式系统中会被频繁地用到，知识点很重要。 本文从两个方面来讨论类似的问题：
程序内计算一个函数的执行时间
计算一个程序的执行时间
二、程序内如何计算一个函数的执行时间？
1. 思路
我们在执行函数前后分别记录下时间戳，然后计算两个时间戳的差值即可。
我们需要借助函数clock_gettime来实现这个功能。 看下该函数的定义：
#include <time.h>int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec* tp);可以根据需要，获取不同要求的精确时间参数：clk_id : 检索和设置的clk_id指定的时钟时间。 CLOCK_REALTIME:系统实时时间,随系统实时时间改变而改变,即从UTC1970-1-1 0:0:0开始计时,中间时刻如果系统时间被用户改成其他,则对应的时间相应改变 CLOCK_MONOTONIC:从系统启动这一刻起开始计时,不受系统时间被用户改变的影响 CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID:本进程到当前代码系统CPU花费的时间 CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID:本线程到当前代码系统CPU花费的时间tp : 获取的时间戳会存放到该结构体变量中 struct timespec { time_t tv_sec; /* 秒*/ long tv_nsec; /* 纳秒*/ };返回值： 成功 0 失败 -1 ，同时errno会被赋值因为我们希望计算执行某个函数的时间，所以我们第一个参数选择CLOCK_MONOTONIC。
2. 实例1
我们先来实现一个简单的程序：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <stdint.h> 4 #include <time.h> 5 #include <sys/time.h> 6 #include <sys/stat.h> 7 #include <sys/types.h> 8 #include <unistd.h> 9 #include <string.h> 10 11 int main() 12 { 13 int rc; 14 struct timespec ts_start, ts_end; 15 16 //start time before call function 17 rc = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts_start); 18 19 printf('you can call your function here\n'); 20 21 //end time before call function 22 rc = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts_end); 23 24 printf('CLOCK_MONOTONIC reports %ld.%09ld seconds\n', 25 ts_end.tv_sec - ts_start.tv_sec, ts_end.tv_nsec - ts_start.tv_nsec); 26 }
19行 我们可以将自己要执行的函数放置在此处。
编译
gcc runtime.c -lrt注意需要增加动态链接库lrt，函数clock_gettime()定义于该库中。
执行结果如下：
root@ubuntu:/home/peng/zhh# ./a.out you can call your function hereCLOCK_MONOTONIC reports 0.000013689 seconds
3. 实例2-更完善的一个例子
第一个实例比较简单，实际在应用中，尤其是在网络通信中，经常需要计算收发数据包的总共时间，以网络的速率。 现在我们增加功能如下：
检查执行函数前后的时间戳合法性，因为有时候记录的时间会比较长，会有数据溢出等问题
循环累加总共执行时间，计算总共执行时间，然后根据执行次数计算平均执行时间
a) 检查时间合法性
timespec_check()
static int timespec_check(struct timespec *t){ if((t->tv_nsec <0 ) || (t->tv_nsec >= 1000000000)) return -1; return 0;}功能： 该函数检查时间戳的成员tv_nsec，该值不能小于0，也不能大于1000000000参数： t 时间戳返回值 成功返回 0 非法返回-1timespec_sub()
static void timespec_sub(struct timespec *t1, struct timespec *t2){ if (timespec_check(t1) < 0) { fprintf(stderr, 'invalid time #1: %lld.%.9ld.\n', (long long) t1->tv_sec,t1->tv_nsec); return; } if (timespec_check(t2) < 0) { fprintf(stderr, 'invalid time #2: %lld.%.9ld.\n', (long long) t2->tv_sec,t2->tv_nsec); return; } t1->tv_sec -= t2->tv_sec; t1->tv_nsec -= t2->tv_nsec; if (t1->tv_nsec >= 1000000000) {//tv_nsec 超过1000000000，秒需要加1 t1->tv_sec++; t1->tv_nsec -= 1000000000; } else if (t1->tv_nsec < 0) {//tv_nsec 小于0，秒需要减1 t1->tv_sec--; t1->tv_nsec += 1000000000; }}功能： 该函数首先检查参数t1、t2合法性，然后用t1的时间减去t2的时间，并把结果存放到t1参数： t1:对应函数执行执行结束的时间 t2:对应函数执行之前的时间返回值: 无
b) 实现
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <stdint.h> 4 #include <time.h> 5 #include <sys/time.h> 6 #include <sys/stat.h> 7 #include <sys/types.h> 8 #include <unistd.h> 9 #include <string.h> 10 11 12 static int timespec_check(struct timespec *t) 13 { 14 if((t->tv_nsec <0 ) || (t->tv_nsec >= 1000000000)) 15 return -1; 16 17 return 0; 18 } 19 20 static void timespec_sub(struct timespec *t1, struct timespec *t2) 21 { 22 if (timespec_check(t1) < 0) { 23 fprintf(stderr, 'invalid time #1: %lld.%.9ld.\n', 24 (long long) t1->tv_sec,t1->tv_nsec); 25 return; 26 } 27 if (timespec_check(t2) < 0) { 28 fprintf(stderr, 'invalid time #2: %lld.%.9ld.\n', 29 (long long) t2->tv_sec,t2->tv_nsec); 30 return; 31 } 32 33 t1->tv_sec -= t2->tv_sec; 34 t1->tv_nsec -= t2->tv_nsec; 35 if (t1->tv_nsec >= 1000000000) 36 { 37 t1->tv_sec++; 38 t1->tv_nsec -= 1000000000; 39 } 40 else if (t1->tv_nsec < 0) 41 { 42 t1->tv_sec--; 43 t1->tv_nsec += 1000000000; 44 } 45 } 46 47 int main() 48 { 49 int rc; 50 int count = 10; 51 long t_time_n = 0; //nano secend 52 long t_time_s = 0; //secnd 53 struct timespec ts_start, ts_end; 54 55 56 while (count--) { 57 58 rc = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts_start); 59 usleep(200); 60 61 rc = clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts_end); 62 63 timespec_sub(&ts_end, &ts_start); 64 t_time_n += ts_end.tv_nsec; 65 t_time_s += ts_end.tv_sec; 66 67 #if 0 68 printf('CLOCK_MONOTONIC reports %ld.%09ld seconds\n', 69 ts_end.tv_sec, ts_end.tv_nsec); 70 #endif 71 } 72 printf('** Total time %lds + %ld nsec\n',t_time_s,t_time_n); 73 }编译执行如下：
root@ubuntu:/home/peng/zhh# ./a.out ** Total time 0s + 9636103 nsec
三、计算程序的执行时间
有时候我们还想知道执行某个程序需要多少时间，我们可以借助命令time。
1. 命令time
Linux time命令的用途，在于量测特定指令执行时所需消耗的时间及系统资源等信息。
CPU资源的统计包括实际使用时间（real time）、用户态使用时间（the process spent in user mode）、内核态使用时间（the process spent in kernel mode）。
2. 语法
time [options] COMMAND [arguments]3. 例1
1. root@ubuntu:/home/peng/zhh# time date 2. Tue Feb 23 03:44:27 PST 20213. 4. real 0m0.001s5. user 0m0.000s6. sys 0m0.000s
在以上实例中，执行命令'time date'(见第1行)。
系统先执行命令'date'，第2行为命令'date'的执行结果。
第3-6行为执行命令'date'的时间统计结果，其中第4行'real'为实际时间，第5行'user'为用户CPU时间，第6行'sys'为系统CPU时间。 以上三种时间的显示格式均为MMmNN[.FFF]s。
5. 例2
我们也可以测试上一章我们编写的程序：
root@ubuntu:/home/peng/zhh# time ./a.out ** Total time 0s + 9649603 nsec, avg_time = -9649603.000000 real 0m0.010suser 0m0.000ssys 0m0.000s下面我们将59行代码中的usleep(200)修改成sleep(1) 重新编译执行，10秒回打印如下执行结果：
root@ubuntu:/home/peng/zhh# time ./a.out ** Total time 10s + 8178015 nsecreal 0m10.009suser 0m0.000ssys 0m0.000s
大家可以根据我的代码，方便地将该功能移植到自己的项目中。
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