Методы измерения времени работы программы

УДК 004.054

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ

Лохматов Степан Юрьевич¹, Светлов Сергей Викторович², Калач Геннадий Петрович^3
1Московский технологический университет, студент 4 курса
²Московский технологический университет, студент 4 курса
³Московский технологический университет, кандидат военных наук, доцент военной кафедры

Аннотация
Данная статья посвящена обзору и описанию некоторых методов измерения времени работы программ. Произведено тестирование таймеров.

Ключевые слова: clock_get_time, rdtsc, методы измерения, программа

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Лохматов С.Ю., Светлов С.В., Калач Г.П. Методы измерения времени работы программы // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 5 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2017/05/83188 (дата обращения: 25.02.2023).

В этом посте будет обсуждаться, как найти время выполнения программы C в средах Windows и Linux.

Существует четыре широко используемых метода определения времени выполнения программы на C:

1. Использование clock() функция

Мы можем использовать clock() функция, предоставляемая <time.h> заголовочный файл для расчета времени ЦП, потребляемого задачей в приложении C. Он возвращает clock_t type, в котором хранится общее количество тактов часов.

Чтобы вычислить общее количество прошедших секунд, нам нужно разделить общее количество прошедших тактов часов на CLOCKS_PER_SEC макрос (также присутствует в <time.h>) как показано ниже:

Скачать  Выполнить код

Выход (может варьироваться):

The elapsed time is 0.000014 seconds

 
Обратите внимание, что clock() Функция не возвращает фактическое количество прошедшего времени, а возвращает количество времени, которое потребовалось базовой операционной системе для запуска процесса. Другими словами, фактическое время настенных часов может быть намного больше.

2. Использование time() функция

The <time.h> заголовок также предоставляет time() функция, которая возвращает общее количество секунд, прошедших с начала Эпохи (00:00:00 UTC, 1 января 1970 г.). Он принимает указатель на time_t в качестве аргумента, который обычно передается как NULL и возвращает time_t тип. Если аргумент не NULL, то возвращаемое значение также сохраняется в памяти, на которую указывает аргумент.

Его использование аналогично clock() функцию, как показано ниже:

Скачать  Выполнить код

результат:

The elapsed time is 3 seconds

3. Использование gettimeofday() функция

The gettimeofday() Функция возвращает время настенных часов, прошедшее с начала эпохи, и сохраняет его в timeval структура, выраженная в секундах и микросекундах.

Он определен в <sys/time.h> заголовочный файл и принимает два аргумента — первый аргумент является ссылкой на timeval структура, а второй аргумент — нулевой указатель. timeval структура объявляется следующим образом: <time.h> заголовок:

struct timeval {
    long tv_sec;    /* seconds */
    long tv_usec;   /* microseconds */
};

 
Следующий код демонстрирует использование gettimeofday() путем измерения времени настенных часов:

Скачать  Выполнить код

Выход (может варьироваться):

The elapsed time is 5 seconds and 5000147 micros

 
Эта функция поддерживается компиляторами GCC и может не работать в Windows.

4. Использование clock_gettime() функция

Мы также можем использовать clock_gettime() функция, определенная в <time.h> заголовочный файл, который поддерживает точность до наносекунд. Он принимает два аргумента: первый аргумент — это тип часов, а второй аргумент — указатель на timespec структура. timespec структура обеспечивается <time.h> заголовок и объявляется как:

struct timespec {
    time_t tv_sec;   /* seconds */
    long tv_nsec;    /* nanoseconds */
};

 
Следующий код вычисляет прошедшее время, используя общесистемные часы реального времени, обозначенные как CLOCK_REALTIME, время которого представляет секунды и наносекунды с начала Эпохи.

Скачать код

 
Обратите внимание, что clock_gettime() будет работать только на очень немногих машинах UNIX.

Вот и все, что касается нахождения времени выполнения программы на C.

 
Связанный пост:

Измерьте прошедшее время программы C++ с помощью библиотеки Chrono

Зачастую требуется узнать, сколько времени выполняется тот или иной код. Иногда требуется замерить время выполнения метода или какой-то задачи. В данной статье мы расскажем вам принципы замера времени в Java и покажем лучшие практики для конкретных задач.

Замер времени с помощью currentTimeMills()

Это довольно простой способ измерить время. Метод System.currentTimeMillis() вернёт вам текущее время в миллисекундах. Его потребуется вызвать до выполнения нужной задачи и после, а затем вычислить разницу. В итоге мы узнаем время выполнения в миллисекундах:

long start = System.currentTimeMillis();

// выполнение какой-то логики
Thread.sleep(1000);

long finish = System.currentTimeMillis();
long elapsed = finish - start;

System.out.println("Прошло времени, мс: " + elapsed);

При работе с данным методом следует учитывать его специфику: System.currentTimeMillis() показывает текущее время, основываясь на системных часах и может выдавать некорректный результат.

Замер времени с помощью nanoTime()

Ещё один метод для получения текущего времени это System.nanoTime(). Как следует из названия, этот метод возвращает время с точностью до нансекунд. Также работа этого метода не зависит от системных часов.

Он используется аналогично:

long start = System.nanoTime();

// выполнение какой-то логики
Thread.sleep(1000);

long finish = System.nanoTime();
long elapsed = finish - start;

System.out.println("Прошло времени, нс: " + elapsed);

Для получения значения в миллисекундах результат можно разделить на 1000:

System.out.println("Прошло времени, мс: " + elapsed / 1000000);

Важно: Хотя метод nanoTime() может возвращать время в наносекундах, он не гарантирует, что значения между его вызовами будут обновляться с точностью до наносекунд.

Но всё же это более приемлемый вариант, чем System.currentTimeMillis().

Замер времени с помощью Instant и Duration

В Java 8 добавили новый java.time API. В частности, ля измерения времени подойдут два новых класса – Instant и Duration. Оба эти класса иммутабельны.

Instant обозначает момент времени с начала эпохи Unix (1970-01-01T00:00:00Z). Для создания момента мы используем метод Instant.now(). После того, как мы создали два момент, вычислим разницу в миллисекундах:

Instant start = Instant.now();

// выполнение какой-то логики
Thread.sleep(1000);

Instant finish = Instant.now();
long elapsed = Duration.between(start, finish).toMillis();
System.out.println("Прошло времени, мс: " + elapsed);

Рекомендуется использовать именно этот подход в Java 8 и выше.

Замер времени выполнения с помощью StopWatch

StopWatch – это класс из библиотеки Apache Commons Lang. Он работает как секундомер. Для его использования сначала требуется подключить библиотеку к проекту:

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-lang3</artifactId>
    <version>3.9</version>
</dependency>

Теперь создадим экземпляр StopWatch. Затем начнём отсчёт с помощью метода start() и окончим отсчёт с помощью метода stop():

public static void stopWatch() throws InterruptedException {
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();

    stopWatch.start();

    // выполнение какой-то логики
    Thread.sleep(1000);

    stopWatch.stop();

    System.out.println("Прошло времени, мс: " + stopWatch.getTime());
}

StopWatch удобно использовать тогда, когда в проекте уже подключена данная библиотека.

Исходный код

package ru.javalessons.time;

import org.apache.commons.lang3.time.StopWatch;

import java.time.Duration;
import java.time.Instant;

public class MeasureElapsedTime {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        currentTimeMillis();
        nanoTime();
        instant();
        stopWatch();
    }

    public static void currentTimeMillis() throws InterruptedException {
        long start = System.currentTimeMillis();

        // выполнение какой-то логики
        Thread.sleep(1000);

        long finish = System.currentTimeMillis();
        long elapsed = finish - start;

        System.out.println("Прошло времени, мс: " + elapsed);
    }

    public static void nanoTime() throws InterruptedException {
        long start = System.nanoTime();

        // выполнение какой-то логики
        Thread.sleep(1000);

        long finish = System.nanoTime();
        long elapsed = finish - start;

        System.out.println("Прошло времени, нс: " + elapsed);
    }

    public static void instant() throws InterruptedException {
        Instant start = Instant.now();

        // выполнение какой-то логики
        Thread.sleep(1000);

        Instant finish = Instant.now();
        long elapsed = Duration.between(start, finish).toMillis();
        System.out.println("Прошло времени, мс: " + elapsed);
    }

    public static void stopWatch() throws InterruptedException {
        StopWatch stopWatch = new StopWatch();

        stopWatch.start();

        // выполнение какой-то логики
        Thread.sleep(1000);

        stopWatch.stop();

        System.out.println("Прошло времени, мс: " + stopWatch.getTime());
    }
}

Заключение

В данной статье мы разобрали простые методы замера времени выполнения в Java. Для простых замеров можно использовать все вышеперечисленные методы, кроме currentTimeMillis (из-за того, что он зависит от системных часов).