C 言語でタイマーを使用する
この記事では、C 言語でのタイマーの使い方について複数の方法を紹介します。
タイマーのベンチマークとして gettimeofday 関数を使用する
gettimeofday はシステム時刻を取得するための POSIX 準拠の関数です。引数は 2つあり、1つは struct timeval 型と struct timezone 型です。後者は現在では廃止されています。したがって、取得した時刻の値を格納するためには timeval 構造体だけを宣言する必要があります。struct timeval はそれぞれ秒とマイクロ秒を表す 2つのメンバで構成されています。
以下の例では、整数の配列から最大値を求めるための 2つの関数を実装します。1つは値の比較に基づくものであり、もう 1つはインデックスを用いて最大値を持つ整数を求めるものです。これらの関数の速度を比較するために、max_ 関数が呼ばれる前後の gettimeofday を利用しています。
この関数には、経過時間を秒単位で計算する time_diff 関数があることに注意してください。このケースでは、ランダムに生成された整数の配列に対して 1 回だけテストを実行していますが、一般的には、最新のシステムの性能を測定するためには、より多くの統計的な方法を用いるべきです。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>
#include <time.h>
int max_index(int arr[], int size) {
size_t max = 0;
for (int j = 0; j < size; ++j) {
if (arr[j] > arr[max]) {
max = j;
}
}
return arr[max];
}
int max_value(int arr[], int size) {
int max = arr[0];
for (int j = 0; j < size; ++j) {
if (arr[j] > max) {
max = arr[j];
}
}
return max;
}
float time_diff(struct timeval *start, struct timeval *end) {
return (end->tv_sec - start->tv_sec) + 1e-6 * (end->tv_usec - start->tv_usec);
}
enum { WIDTH = 100000 };
int main() {
struct timeval start;
struct timeval end;
int max;
int *arr = malloc(WIDTH * sizeof(int));
srand(time(NULL));
for (size_t i = 0; i < WIDTH; i++) {
arr[i] = rand();
}
gettimeofday(&start, NULL);
max = max_index(arr, WIDTH);
gettimeofday(&end, NULL);
printf("max_index: %0.8f sec, max = %d\n", time_diff(&start, &end), max);
gettimeofday(&start, NULL);
max = max_value(arr, WIDTH);
gettimeofday(&end, NULL);
printf("max_value: %0.8f sec, max = %d\n", time_diff(&start, &end), max);
free(arr);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
出力：
max_index: 0.00028346 sec, max = 2147391322
max_value: 0.00022213 sec, max = 2147391322
C 言語のタイマーベンチマークとして clock_gettime 関数を使用する
あるいは、同様の測定目標を達成するために clock_gettime を利用することもできます。clock_gettime はより新しいコードベースで採用されている、より最近の推奨されるメソッドです。このメソッドは時刻の値を struct timespec オブジェクトに格納し、そのポインタを第 2 引数にとります。一方、第一引数は使用するクロックの型を指定します。この例では、CLOCK_REALTIME を取得します。これはエポックからの経過秒数とナノ秒数で表されます。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>
#include <time.h>
int max_index(int arr[], int size) {
size_t max = 0;
for (int j = 0; j < size; ++j) {
if (arr[j] > arr[max]) {
max = j;
}
}
return arr[max];
}
int max_value(int arr[], int size) {
int max = arr[0];
for (int j = 0; j < size; ++j) {
if (arr[j] > max) {
max = arr[j];
}
}
return max;
}
float time_diff2(struct timespec *start, struct timespec *end) {
return (end->tv_sec - start->tv_sec) + 1e-9 * (end->tv_nsec - start->tv_nsec);
}
enum { WIDTH = 100000 };
int main() {
struct timespec start2, end2;
int max;
int *arr = malloc(WIDTH * sizeof(int));
srand(time(NULL));
for (size_t i = 0; i < WIDTH; i++) {
arr[i] = rand();
}
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &start2);
max = max_index(arr, WIDTH);
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &end2);
printf("max_index: %0.8f sec, max = %d\n", time_diff2(&start2, &end2), max);
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &start2);
max = max_value(arr, WIDTH);
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &end2);
printf("max_value: %0.8f sec, max = %d\n", time_diff2(&start2, &end2), max);
free(arr);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
出力：
max_index: 0.00028346 sec, max = 2147391322
max_value: 0.00022213 sec, max = 2147391322
