为什么 CLOCKS_PER_SEC 不是每秒的实际时钟数？答案

【问题标题】：Why is CLOCKS_PER_SEC not the actual number of clocks per second?为什么 CLOCKS_PER_SEC 不是每秒的实际时钟数？
【发布时间】：2012-05-14 09:58:43
【问题描述】：

我刚刚编写了这个简短的 C++ 程序来估计每秒的实际时钟滴答数。

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

using namespace std;

int main () {

    for(int i = 0; i < 10 ; i++) {

        int first_clock = clock();
        int first_time = time(NULL);

        while(time(NULL) <= first_time) {}

        int second_time = time(NULL);
        int second_clock = clock();

        cout << "Actual clocks per second = " << (second_clock - first_clock)/(second_time - first_time) << "\n";

        cout << "CLOCKS_PER_SEC = " << CLOCKS_PER_SEC << "\n";

    }

    return 0;

}

当我运行程序时，我得到如下所示的输出。

Actual clocks per second = 199139
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 638164
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 610735
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 614835
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 642327
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 562068
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 605767
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 619543
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 650243
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 639128
CLOCKS_PER_SEC = 1000000

为什么每秒的实际时钟滴答数与 CLOCKS_PER_SEC 不匹配？他们甚至不大致相等。这是怎么回事？

【问题讨论】：

请注意，您可能会循环不到一秒钟。如果你打电话给time，下一秒还有 200 毫秒，那么你将循环约 200 毫秒。无论如何，这可能不是这里的主要问题。
是的，我意识到这就是循环的第一次迭代返回的结果比后续迭代小的原因。但我的问题是关于后续的迭代。我想我应该说清楚。
现在您仍然会在每次后续迭代中获得 cout 的开销。等到你开始测量前一秒。

标签： c++ clock system-clock

【解决方案1】：

来自clock(3)的手册页：

POSIX 要求 CLOCKS_PER_SEC 等于 1000000，与实际分辨率无关。

您的实现似乎至少在这方面遵循 POSIX。

在这里运行你的程序，我得到了

Actual clocks per second = 980000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 1000000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 990000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 1000000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 1000000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 1000000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 1000000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 1000000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 1000000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 1000000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000

或空闲机器上的类似输出，输出类似

Actual clocks per second = 50000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 600000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 530000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 580000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 730000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 730000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 600000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 560000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 600000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000
Actual clocks per second = 620000
CLOCKS_PER_SEC = 1000000

在繁忙的机器上。由于clock() 测量了您的程序所花费的（大约）时间，因此您似乎在一台繁忙的机器上进行了测试，而您的程序只获得了大约 60% 的 CPU 时间。

【讨论】：

虽然这在技术上是正确的，但因为他使用的系统调用也尊重它是无用的。

【解决方案2】：

clock 返回在您的程序中花费的时间。每秒总共有 1,000,000 个时钟滴答^*。看来您的程序消耗了其中的 60%。

其他 40% 被其他人使用。

^*_{好的，实际上每秒有 1,000,000 个时钟滴答。实际数字已标准化，因此您的程序可以感知 1,000,000 个滴答声。}

【讨论】：

【解决方案3】：

嗯嗯。你不知道你开始计时的当前秒有多远，是吗？所以你可以得到从 1 到 CLOCKS_PER_SEC 的任何结果。在你的内部循环中试试这个：

int first_time = time(NULL);
// Wait for timer to roll over before starting clock!
while(time(NULL) <= first_time) {}

int first_clock = clock();
first_time = time(NULL);
while(time(NULL) <= first_time) {}

int second_time = time(NULL);
int second_clock = clock();

cout << "Actual clocks per second = " << (second_clock - first_clock)/(second_time - first_time) << "\n";

cout << "CLOCKS_PER_SEC = " << CLOCKS_PER_SEC << "\n";

查看ideone 获取完整源代码。如您所料，它报告每秒的实际时钟为 1000000。（我不得不将迭代次数减少到 2 次，这样 ideone 才不会超时。）

【讨论】：

这只是解释为什么第一个结果是错误的；它与其他九个无关。（除非出于某种奇怪的原因，I/O 需要整整三分之一秒）
@Hurkyl：不管是什么原因，很明显这两个cout 语句需要大约三分之一秒的时间来执行。不信，试试我的版本。
这不是明确 - 这只是一种可能性。另一个主要可能性是差异是由于clock 没有测量挂钟时间。下一个最有可能的是 IMO，clock 和/或 time 的分辨率较低。
@Hurkyl：你为什么不试试我的版本？然后我们将有一些数据来讨论。完整的源代码在ideone link。
在您发布答案之前，我已经删除了一个包含相同修复的答案。我删除它的原因基本上是我在上面的 cmets 中给出的。请注意，Rob 已经发布了 clock 函数的“陷阱”之一，Daniel 已经证明了它的相关性。

【解决方案4】：

POSIX 中的 CLOCKS_PER_SECOND 是一个等于 1000000 的常数。
CLOCKS_PER_SECOND 不应显示进程中的时钟数。它是一个分辨率数字，您可以使用它来将时钟数转换为时间量。（有关 clock() 函数，请参见手册页）

例如，如果你计算：

(second_clock-first_clock)/CLOCKS_PER_SEC

您将获得第一次和第二次调用“clock()”函数之间的总时间。

【讨论】：

* CLOCKS_PER_SEC。不要难过——我的 glibc 的 time.h 在评论中也使用了 CLOCKS_PER_SECOND。

【解决方案5】：

C99 标准

C99 N1256 standard draft 关于CLOCKS_PER_SEC 的唯一说法是：

CLOCKS_PER_SEC 它扩展为一个 clock_t 类型的表达式（如下所述），即时钟函数返回值的每秒数

正如其他人提到的，POSIX 将其设置为 100 万，这将其精度限制为 1 微秒。我认为这只是以兆赫兹为单位测量最大 CPU 频率的日子的历史值。

【讨论】：

【解决方案6】：

当您设置 int first_time = time(NULL); 时，time(NULL) 可能是“1 纳秒之外”，（因为它被截断了），从变为 +1。因此，while(time(NULL) 可以比 1 秒更快地跳过，比您预期的要快。

这就是为什么你的那“1 秒”中的时钟更少。

【讨论】：