全局时间成本与本地时间成本之和——“for”循环

Question

虽然看起来很愚蠢，但我想知道在尝试协调 for 循环的时间成本时是否可能存在缺陷

• 来自for 循环之外的时间点（全局或外部时间成本）
• 或者，从循环内部的时间点开始，并被累积考虑（本地或内部时间成本）？

下面的例子说明了我在获得两个相等的测量值时遇到的困难：

#include <iostream>
#include <vector> // std::vector
#include <ctime> // clock(), ..

int main(){
  clock_t clockStartLoop;
  double timeInternal(0)// the time cost of the loop, summing all time costs of commands within the "for" loop
    , timeExternal // time cost of the loop, as measured outside the boundaries of "for" loop
    ;
  std::vector<int> vecInt; // will be [0,1,..,10000] after the loop below
  clock_t costExternal(clock());
  for(int i=0;i<10000;i++){
    clockStartLoop = clock();
    vecInt.push_back(i);
    timeInternal += clock() - clockStartLoop; // incrementing internal time cost
  }
  timeInternal /= CLOCKS_PER_SEC;
  timeExternal = (clock() - costExternal)/(double)CLOCKS_PER_SEC;

  std::cout << "timeExternal = "<< timeExternal << " s ";
  std::cout << "vs timeInternal = " << timeInternal << std::endl;
  std::cout << "We have a ratio of " << timeExternal/timeInternal << " between the two.." << std::endl;
}

我通常得到一个大约 2 的比率作为输出，例如

timeExternal = 0.008407 s vs timeInternal = 0.004287 我们两者之间的比率为 1.96105..

，而我希望比率接近 1。

• 是否只是因为循环中有一些操作 internal 不是由clock() 差异测量的（例如递增timeInternal）？
• for(..) 中的i++ 操作能否在外部测量中不可忽略，并解释与内部测量的区别？

我实际上正在处理一个更复杂的代码，我想在一个循环中隔离时间成本，确保我考虑的所有时间片确实构成了一个完整的馅饼（直到现在我从未实现过......） .非常感谢

Answer 1

timeExternal = 0.008407 s vs timeInternal = 0.004287 我们两者之间的比率为 1.96105..

预计比率约为 2 - 到目前为止，循环中最重的调用是 clock() 本身（在大多数系统上，clock() 是对内核的系统调用）。

想象clock() 的实现类似于以下伪代码：

clock_t clock() {
    go_to_kernel(); // very long operation
    clock_t rc = query_process_clock();
    return_from_kernel(); // very long operation
    return rc;
}

现在回到循环，我们可以注释花费时间的地方：

  for(int i=0;i<10000;i++){
    // go_to_kernel - very long operation
    clockStartLoop = clock();
    // return_from_kernel - very long operation
    vecInt.push_back(i);
    // go_to_kernel - very long operation
    timeInternal += clock() - clockStartLoop;
    // return_from_kernel - very long operation
  }

因此，在对clock() 的两次调用之间，我们有 2 个长操作，循环中的总数为 4。因此比率为 2 比 1。

• 是否只是因为循环内部存在未被clock() 差异衡量的操作（例如递增timeInternal）？

不，增加timeInterval 可以忽略不计。

• for(..) 中的i++ 操作能否在外部测量中不可忽略，并解释与内部测量的区别？

不，i++ 也可以忽略不计。删除对clock() 的内部调用，您将看到更快的执行时间。在我的系统上是 0.00003 秒。

clock() 之后的下一个开销最大的操作是 vector::push_back()，因为它需要调整 vector 的大小。这由二次增长因子摊销，可以通过在进入循环之前调用vector::reserve() 完全消除。

结论：在进行基准测试时，请确保对整个循环而不是单个迭代进行计时。更好的是，使用像 Google Benchmark 这样的框架，这将有助于避免许多其他陷阱（如编译器优化）。还有 quick-bench.com 用于简单案例（基于 Google Benchmark）。