【算法】计算程序执行时间（C/C++）

引言

我们在写算法时要考虑到算法的执行效率，有的题目规定了时间限制，我们需要在这个时间之内去解决问题。如果我们需要比对算法的好坏，就需要输出这个程序运行了多长时间。

在C或C++中计算程序执行时间，可以使用多种方法，下面我介绍几种比较常见且好用的几种方法，大家可以选择适合自己的一种记住就可以了。

方法1：使用 clock() 函数（C/C++）

在C/C++中，<time.h>库提供了clock()函数。这个方法是博主比较推荐的一个，非常简便，且易懂，它用于测量程序的CPU时间。clock() 函数返回程序从启动到函数被调用时所经过的时钟周期数。这个函数主要用于测量程序的CPU时间消耗，而不是实际的墙钟时间（即从墙上的时钟测量的时间）。

函数原型

clock_t clock(void);

• clock_t 类型，表示自程序启动以来的时钟周期数。 

使用实例：

以下是使用clock()函数计算递归与非递归程序执行时间的示例代码：

#include<iostream>
#include<time.h>
using namespace std;
typedef long long ll;

ll n, sum=1;

ll fun(int dep) {//递归函数
	if (dep == 1) {
		return 1;
	}
	else {
		return 2 * (fun(dep - 1) + 1);
	}
}
void test0() {//非递归直接利用数学公式推理
	cin >> n;
	for (int i = 0; i < n-1; i++) {
		sum = (sum + 1) * 2;
	}
	cout << sum << endl;
	//printf("%.2lf\n", (double)clock() / CLOCKS_PER_SEC);
}
void test01() {
	cin >> n;
	cout << fun(n) << endl;
	//printf("%.2lf\n", (double)clock() / CLOCKS_PER_SEC);
}
int main() {
	// 开始时间
    clock_t start = clock();

    // 要执行的代码
    // ...
	test01();
    // 结束时间
    clock_t end = clock();

    // 计算执行时间（以秒为单位）
    double execution_time = (double)(end - start) / CLOCKS_PER_SEC;

    // 输出执行时间
    printf("程序执行时间:%f 秒\n", execution_time);
	

	return 0;
}

第一个是 递归的程序占用CPU的时间，第二个是非递归的程序占用CPU的时间。

注意事项

• CLOCKS_PER_SEC 是 <time.h> 库中定义的一个宏，表示每秒的时钟周期数。
• (end - start) 单位是毫秒， 除以CLOCKS_PER_SEC周期转化为以秒为单位。
• clock() 函数返回的是程序占用CPU的时间 ≠ 程序的实际运行时间。
• clock() 函数返回的是程序占用CPU的时间，不包括睡眠时间或其他非CPU时间。
• 在多处理器系统上，clock() 函数的行为可能有所不同，具体取决于操作系统的实现。
• clock() 函数的精度依赖于系统，可能每次运行程序可能不相同。

clock() 函数是测量程序性能的一个简单工具，但它不适用于需要高精度时间测量的场景，适用于对比算法时，不需要计算准确时间。对于更高精度的时间测量，可以考虑使用C++11中的 <chrono> 库，或者在Unix-like系统中使用 clock_gettime() 函数。

方法2：使用 <chrono> 库（C++11及以上）

C++11引入了<chrono>库，它提供了高精度的时间测量功能。这个库里面有很多函数，都是与时间有关的，功能非常强大，下面列举一个比较常用的函数。

函数实例：

这个是实打实的计算程执行时间的，其原理类似一个计时器，当执行到 auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();这个语句获取一个时间，开始计时。auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();这个语句也是获取一个时间，执行完就结束计时，最后，使用count()函数以秒为单位打印出运行时间。

代码示例：

以下是使用<chrono>库计算程序执行时间的示例代码：

#include <iostream>
#include <chrono>

using namespace std;

int main() {
    // 开始时间点
    auto start = chrono::high_resolution_clock::now();

    // 要执行的代码
    // ...

    // 结束时间点
    auto end = chrono::high_resolution_clock::now();

    // 计算持续时间
    chrono::duration<double, milli> duration = end - start;

    // 输出执行时间
    cout << "程序执行时间：" << duration.count() << "毫秒" << endl;

    return 0;
}

方法3：使用time.h头文件中的time()函数

time.h 是 C 语言标准库中的一个头文件，它提供了多种与时间相关的函数。这个time函数是C语言初学者最熟悉的一个。其中，time() 函数用于获取当前的日历时间（自1970年1月1日00:00:00 UTC以来的秒数）。

time.h头文件常用函数：

1. time():

   1. 功能：获取当前时间。
   2. 原型：time_t time(time_t *tloc);
   3. 返回值：返回当前时间（自1970年1月1日00:00:00 UTC以来的秒数），如果出错返回-1。
   4. 参数：tloc是一个可选的指针，如果提供，函数会将当前时间存储在这个指针指向的位置。

2. ctime():

   • 功能：将 time_t 值转换为本地时间的字符串表示。
   • 原型：char *ctime(const time_t *timep);
   • 返回值：返回一个指向以 null 结尾的字符串的指针，该字符串表示本地时间。

3. localtime():

   • 功能：将 time_t 值转换为表示本地时间的 tm 结构体。
   • 原型：struct tm *localtime(const time_t *timep);
   • 返回值：返回一个指向 tm 结构体的指针，该结构体包含本地时间。

4. gmtime():

   • 功能：将 time_t 值转换为表示 UTC 时间的 tm 结构体。
   • 原型：struct tm *gmtime(const time_t *timep);
   • 返回值：返回一个指向 tm 结构体的指针，该结构体包含 UTC 时间。

5. difftime():

   • 功能：计算两个 time_t 值之间的差异（以秒为单位）。
   • 原型：double difftime(time_t time1, time_t time2);
   • 返回值：返回两个时间之间的差异。

6. mktime():

   • 功能：将 tm 结构体转换为 time_t 值。
   • 原型：time_t mktime(struct tm *timeptr);
   • 返回值：返回表示时间的时间戳。

7. asctime():

   • 功能：将 tm 结构体转换为 24 小时制的时间字符串。
   • 原型：char *asctime(const struct tm *timeptr);
   • 返回值：返回一个指向以 null 结尾的字符串的指针，该字符串表示时间。

8. strftime():

   • 功能：根据指定的格式将 time_t 或 tm 结构体的时间格式化为字符串。
   • 原型：size_t strftime(char *strDest, size_t maxsize, const char *format, const struct tm *timeptr);
   • 返回值：返回写入的字符数。

代码示例：

以下是如何使用 time.h 头文件中的 time() 函数来计算递归与非递归程序的一个简单示例：

#include<iostream>
#include<time.h>

using namespace std;
typedef long long ll;

ll n, sum=1;

ll fun(int dep) {//递归函数
	if (dep == 1) {
		return 1;
	}
	else {
		return 2 * (fun(dep - 1) + 1);
	}
}
void test0() {//非递归直接利用数学公式推理
	cin >> n;
	for (int i = 0; i < n-1; i++) {
		sum = (sum + 1) * 2;
	}
	cout << sum << endl;
}
void test01() {
	cin >> n;
	cout << fun(n) << endl;
}
	
int main(){
	
	time_t start=time(NULL);//开始时间
	
	test01();//这里填写您测试的代码
	
	time_t end =time(NULL);//结束时间
	double dif_time=difftime(end, start);//计算差值
	cout<<dif_time<<endl;
	return 0;
}

对于这种计算算法的执行效率肯定是不会考的，可能在测试以及开发过程中使用，大家看看图一乐就行，对于日期问题的考察可以看一下这一篇文章：【算法】日期问题（C/C++）-CSDN博客

执笔至此，感触彼多，全文将至，落笔为终，感谢大家的支持。