C语言clock()函数详解及应用126

在C语言中，`clock()`函数用于测量程序的执行时间。虽然它并非高精度计时器，但对于许多应用场景，特别是用于性能比较和简单的计时任务，它已经足够实用。本文将深入探讨`clock()`函数的用法、精度限制以及一些实际应用示例，并给出一些注意事项。

1. `clock()`函数原型及返回值

`clock()`函数的原型声明在``头文件中：```c
#include
clock_t clock(void);
```

它不接受任何参数，并返回一个`clock_t`类型的数值，表示从程序启动到调用`clock()`函数时所经过的处理器时间（CPU time）。 `clock_t`通常定义为`long`类型，但具体类型取决于编译器实现。返回值的单位是clock ticks（时钟滴答），每个clock tick的长度由`CLOCKS_PER_SEC`宏定义，表示每秒的clock tick数。这个宏的值是系统相关的，一般为1000或1000000。

2. 计算程序执行时间

要计算一段代码的执行时间，需要在代码段开始和结束处分别调用`clock()`函数，然后计算两次调用之间的时间差。以下是一个示例：```c
#include
#include
int main() {
clock_t start, end;
double cpu_time_used;
start = clock();
// 需要测量的代码段
long long sum = 0;
for (long long i = 0; i < 100000000; i++) {
sum += i;
}
end = clock();
cpu_time_used = ((double) (end - start)) / CLOCKS_PER_SEC;
printf("程序执行时间：%f 秒", cpu_time_used);
printf("sum = %lld", sum);
return 0;
}
```

这段代码计算了一个循环的执行时间。 `start`和`end`变量分别存储开始和结束时的clock ticks数。时间差`(end - start)`除以`CLOCKS_PER_SEC`就得到了以秒为单位的CPU执行时间。

3. `clock()`函数的精度限制

需要注意的是，`clock()`函数的精度受系统时钟的限制，它只能测量CPU的执行时间，不能测量I/O等待时间或其他非CPU时间的等待。因此，`clock()`函数测量的时间并不一定等于程序的实际运行时间。如果程序涉及大量I/O操作，`clock()`函数测得的时间可能会远小于程序的实际运行时间。

此外，`clock()`函数的精度也受`CLOCKS_PER_SEC`宏的值影响。如果`CLOCKS_PER_SEC`的值较小，那么测量的精度也相对较低。在高精度计时需求下，建议使用更高精度的计时函数，例如`gettimeofday()`或`clock_gettime()`（POSIX系统）。

4. 实际应用示例：性能比较

`clock()`函数常用于比较不同算法或代码段的执行效率。例如，可以比较两种不同的排序算法的执行时间，从而选择性能更好的算法。```c
// ... (包含排序算法的代码) ...
clock_t start_bubble, end_bubble, start_quick, end_quick;
double cpu_time_bubble, cpu_time_quick;
// 冒泡排序
start_bubble = clock();
bubble_sort(arr, n);
end_bubble = clock();
cpu_time_bubble = ((double)(end_bubble - start_bubble)) / CLOCKS_PER_SEC;
// 快速排序
start_quick = clock();
quick_sort(arr, 0, n - 1);
end_quick = clock();
cpu_time_quick = ((double)(end_quick - start_quick)) / CLOCKS_PER_SEC;
printf("冒泡排序时间：%f 秒", cpu_time_bubble);
printf("快速排序时间：%f 秒", cpu_time_quick);
```