在Windows中测试c语言单个函数运行时间方法

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在做单片机项目开发的过程中，在特殊应用中对代码执行的时间有着严格的要求，那么如何准确的测试出每个函数的的运行速度是多快呢？通常用单片机测试的方法就是通过示波器观察。

比如现在要测试使用二分查找法，在数组中查找一个数字需要多次时间，测试方法为：每运行一次查找算法，就让LED引脚电平翻转一次，然后使用示波器观察LED引脚的波形，大概就能测试出这个算法的执行时间了。

测试代码如下：

#include "iostm8s103F3.h"
#include "led.h"
#include "find.h"

void sysclkinit( void )
{
    CLK_SWR = 0xe1;       //HSI为主时钟源 16MHz CPU时钟频率
    CLK_CKDIVR = 0x00;    //CPU时钟0分频，系统时钟0分频
}

void main( void )
{
    sysclkinit();		          //时钟初始化
    __asm( "sim" );                       //禁止中断
    led_init();
    __asm( "rim" );                       //开启中断
    while( 1 )
    {   
        LED = !LED;         
        val = binary_search( ( int* )volref, 500, 0, sizeof( volref ) / sizeof( volref[0] ) );   
    }
}

binary_search为二分查找法函数，在100个数据的数组中查找数字500是否存在，LED每翻转一次，执行一次函数。然后通过示波器观察LED的波形。

可以看到LED引脚的高低电平时间都为164us，说明这个二分查找法查找数字500所用的时候为164us。LED引脚本身的翻转速度小于0.1us，所以LED引脚翻转本身使用的时间在这里可以忽略不计。

这样在单片机中可以通过LED引脚的翻转通过示波器来观察要测试的函数具体执行所占用的时间。

这样测试积极精确，但是也比较麻烦，每次测试的时候，还必须要通过硬件电路才能测试，那么能不能不用硬件电路，直接通过软件测试呢？方法当然是有的，可以在Windows中在C编译器中通过软件仿真，测试每个函数执行的时间。

这里使用的编译器为 Dev-C++，这个编译器里面可以直接运行单片机中写好的C函数，然后通过系统提供个几个时间函数，就可以准确测试出函数运行时间了。

系统提供的可以测试函数有下面几个

1. clock()函数

The clock() function returns an approximation of processor time used by the program.

The value returned is the CPU time used so far as a clock_t; to get the number of seconds used, divide byCLOCKS_PER_SEC. If the processor time used is not available or its value cannot be represented, the functionreturns the value (clock_t) -1.

简单而言，就是该程序从启动到函数调用占用CPU的时间。这个函数返回从“开启这个程序进程”到“程序中调用clock()函数”时之间的CPU时钟计时单元（clock tick）数。

函数原型如下：

返回值类型为clock_t，其实是一个长整形。

调用这个函数的时候，会返回一个CPU当前时间计数值。要测试时间的话，在函数之前前调用一次clock()函数，将当前时间计数值存储起来。然后调用要测试的函数，测试函数结束之后，在调用一次clock()函数，读取当前的时间计数值，然后用这个计数值减去函数执行前的时间计数值，就可以计算出来函数执行所用的时间，这个时间单位默认为ms。

2.GetTickCount（)函数

GetTickCount返回（retrieve）从操作系统启动所经过（elapsed）的毫秒数，它的返回值是DWORD，也是一个长整型数。

它的用法和clock()函数基本一样，在函数执行前调用一次GetTickCount()函数，然后执行函数，函数执行完成后再调用一次GetTickCount()函数，然后计算两次测时间差，这个单位也是ms。

在Windows系统中感觉ms很短，但是对于单片机来说ms时间还是比较长的，好多函数的执行时间远远小于1ms，如果用上面这两种方法测试的话，许多函数的执行时间是测试不出来的。那么就需要使用更高精度的测试函数。

3. QueryPerformanceCounter()函数

调用这个函数会返回硬件支持的高精度计数器的频率。注意这个返回的是系统的计时器值，不是时间值。上面两个函数返回的是系统的时间值，而这个函数返回的是系统的计数器值，这个计数器的值相当于时间值来说，精度就高很多了，大多数的精度都可以达到us级。

这个函数在使用前首先要调用QueryPerformanceFrequency()函数获取系统的计数频率，也就是1s钟系统会计数多少次。

然后使用QueryPerformanceCounter()获取在程序运行前后的计数器值，然后用两次计数器值的差除以计数的频率，就能计算出函数执行所使用的时间。

下面开始使用Dev C++软件测试这三种函数。

编写测试代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <math.h>

//待测试函数 
void fun(void)
{
	sleep(1);
}
typedef union _LARGE_INTEGER {
	struct {
		long LowPart ;// 4字节整型数
		long  HighPart;// 4字节整型数
	};
	long long QuadPart;// 8字节整型数

} LARGE_INTEGER;

int main(int argc, char *argv[])
{
	int i = 0,val = 0;
	clock_t startTime,endTime;
	int time = 0;
	
	// 方法 1
	startTime = clock();			//计时开始
	fun();					//调用函数 
	endTime = clock();			//计时结束
	printf(" 1:程序运行时间为: %d ms\r\n\r\n\r\n",(endTime - startTime));

	//方法 2
	startTime = GetTickCount();		//计时开始
	fun();					//调用函数 
	endTime = GetTickCount();		//计时结束
	printf(" 2:程序运行时间为: %d ms\r\n\r\n\r\n",(endTime - startTime));

	//方法 3
	LARGE_INTEGER secondcount= {0};
	LARGE_INTEGER startcount= {0};
	LARGE_INTEGER stopcount= {0};

	QueryPerformanceFrequency(&secondcount);     //获取每秒多少CPU Performance Tick 单位us 
	printf(" 3:系统计数频率为: %d \r\n",secondcount.QuadPart);

	QueryPerformanceCounter(&startcount);		//计时开始
	fun();						//调用函数 
	QueryPerformanceCounter(&stopcount);		//计时结束
	
	time=( ((stopcount.QuadPart - startcount.QuadPart)*1000*1000)/secondcount.QuadPart);
	printf(" 程序运行时间为: %d us\r\n\r\n",time);

	system("pause");
	return 0;
}

运行结果如下

这里的测试函数实际为 sleep(1); 也就是休眠1s钟，然后使用3种方法分别测试函数执行时间。

使用clock()函数测试代码执行时间为1000ms，使用GetTickCount()函数测试代码执行时间为998ms，使用QueryPerformanceCounter()函数测试代码执行时间为999630us，也就是999.63ms。通过QueryPerformanceFrequency()函数读取到系统1s钟的计数次数为2630703次。

通过系统自带的时间函数就可以直接测试每个函数执行的时间，这样就可以不使用硬件电路，就可以直接对比不同的函数执行效率了。