在 C 語言中使用定時器
Jinku Hu
2023年10月12日
本文將介紹關於如何在 C 語言中使用定時器的多種方法。
使用 gettimeofday 函式作為定時器基準
gettimeofday 是一個符合 POSIX 標準的函式，用於檢索系統時間。它需要兩個引數，一個是 struct timeval 型別，一個是 struct timezone 型別，後者現已過時。因此，我們只需要宣告 timeval 結構來儲存檢索到的時間值。struct timeval 由兩個成員組成，分別代表秒和微秒。
在下面的例子中，我們實現了兩個函式，用於查詢整數陣列中的最大值。其中一個是基於值比較的，另一個是利用指數來尋找最大值的整數。我們利用 max_ 函式呼叫前後的 gettimeofday 來比較這些函式的速度。
請注意，有一個 time_diff 函式是以秒為單位計算經過的時間。在這種情況下，我們只在隨機生成的整數陣列上執行了一次測試，但一般來說，在現代系統中應該使用更多的統計方法來衡量效能。
#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);
}
輸出：
max_index: 0.00028346 sec, max = 2147391322
max_value: 0.00022213 sec, max = 2147391322
使用 clock_gettime 函式作為 C 語言中的定時器基準
另外，我們也可以利用 clock_gettime 來實現類似的測量目標。clock_gettime 是一個較新的方法，建議在新的程式碼庫中使用。它將時間值儲存在 struct timespec 物件中，並將指向它的指標作為第二個引數。同時，第一個引數指定要使用的時鐘型別。在這個例子中，我們檢索 CLOCK_REALTIME，因為它測量所謂的掛鐘時間。它表示為從時間測量的起始日期-紀元以來經過的秒和納秒。
#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);
}
輸出：
max_index: 0.00028346 sec, max = 2147391322
max_value: 0.00022213 sec, max = 2147391322
作者： Jinku Hu
