C：在 Windows 和其他操作系统中，clock() 的不同实现？

Question

我必须为大学编写一个非常简单的控制台程序，该程序必须测量输入所需的时间。

因此，我在fgets()call 之前和之后使用了clock()。在我的 Windows 计算机上运行时，它运行良好。然而，当在我的朋友 Mac-Book 和 Linux-PC 上运行时，结果非常小（仅几微秒的时间）。

我在所有 3 个操作系统上都尝试了以下代码：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>

void main()
{
    clock_t t;

    printf("Sleeping for a bit\n");

    t = clock();

    // Alternatively some fgets(...)
    usleep(999999);

    t = clock() - t;

    printf("Processor time spent: %lf", ((double)t) / CLOCKS_PER_SEC);
}

在 Windows 上，输出显示 1 秒（或您在使用 fgets 时输入的时间），而在其他两个操作系统上则不超过 0 秒。

现在我的问题是为什么在这些操作系统上实现clock() 会有如此大的差异。对于 Windows，当线程处于睡眠/等待状态时，时钟似乎一直在滴答作响，但对于 Linux 和 Mac 却不是？

编辑： 谢谢你们到目前为止的答案，所以这只是微软的错误实施。

谁能回答我最后一个问题：

还有没有办法测量我想要在所有 3 个使用 C 标准库的系统上测量的内容，因为 clock() 似乎只在 Windows 上以这种方式工作？

Answer 1

您在 Microsoft 的 C 运行时遇到 a known bug。即使该行为不符合任何 ISO C 标准，它也不会被修复。来自错误报告：

但是，我们选择避免​​重新实现 clock() 以使其返回的时间值可能会以每物理秒 1 秒的速度前进，因为这种更改会根据之前的行为静默地破坏程序（我们预计会出现这种情况）有很多这样的程序）。

Answer 2

如果我们在 Mac OS X 上将 look at the source code 替换为 clock()，我们会看到它是使用 getrusage 实现的，并且读取为 ru_utime + ru_stime。这两个字段measure CPU time used by the process (or by the system, on behalf of the process)。这意味着如果usleep（或fgets）导致操作系统在不同的程序中交换执行直到发生某些事情，那么任何数量的实时（也称为“挂钟”，如“挂钟”）过去了不计入clock() 在 Mac OS X 上返回的值。您可能会深入研究并在 Linux 中找到类似的东西。

但是，在 Windows 上，clock() returns the amount of wall time 自进程开始后已过。

在纯 C 语言中，我不知道 OS X、Linux 和 Windows 上可用的函数会以亚秒级精度返回挂钟时间（time.h 相当有限）。 Windows 上的 GetSystemTimeAsFileTime 将以 100ns 为单位返回时间，BSD 上的 gettimeofday 将时间返回到微秒精度。

如果您可以接受秒精度，您可以使用time(NULL)。

如果 C++ 是一个选项，您可以使用std::chrono 中的一个时钟来获得所需精度的时间。

Answer 3

在 Linux 上，您应该阅读 time(7)。它建议使用最近的 MacOSX（和 Linux）上应该存在的 POSIX 2001 clock_gettime。在 Linux 上，在不太旧的硬件上运行（例如，不到 6 年的笔记本电脑或台式机），clock_gettime 提供了很好的精度，通常为几十微秒或更好。它给出了秒和纳秒的度量（在struct timespec 中），但我不认为纳秒的数字非常准确。

确实，clock(3) 被告知要符合...

C89、C99、POSIX.1-2001。 POSIX 要求 CLOCKS_PER_SEC 等于 1000000 与实际分辨率无关。

最后，一些框架库提供了函数（包装目标特定的系统函数）来测量时间。查看POCO（C++ 中）或Glib（来自 GTK 和 C 中的 Gnome）。

Answer 4

我建议您尝试创建自己的clock() 函数。如果你想使用它，我已经创建了这个简单的函数，类似于 Linux 上的 clock() 函数：

clock_t clock_unix_like_systems(void)
{   
    struct timespec current_time;
    if (clock_gettime(CLOCK_BOOTTIME,&current_time) != 0) return -1;
    return current_time.tv_sec * CLOCKS_PER_SEC + current_time.tv_nsec /(1000000000 /CLOCKS_PER_SEC); 
}

注意： 请记住关于此函数的两件事，1）您可以更改变量的类型。 2) 您可以使用errno 全局变量来描述有关特定操作失败原因的详细信息。

例如，如果您想从头开始创建 Arduino 的 delay() 函数，则可以使用它，如下例所示：

    int delay(int millis)
    {   
        if (millis < 0)
        {
            printf("Time must be positive");
        

    return -1;
    }
    clock_t start;int  finish;
    long int compare = (long int) millis * 1000;
    start = clock_unix_like_systems();
    while(finish <= compare) 
    {
        finish = (long int) (clock_unix_like_systems() - start);

    }
    return 0;
}

我希望这会有所帮助。