探討效能測試中的計時問題

下載原始碼 摘要：本文結合作者在代碼效能測試工作中的經驗，介紹一組自己封裝的的計時函數。使用該組函數可以簡化測試工作，從而把更多的精力放在主要工作上，不需要過多地維護計時代碼，僅僅使用兩個宏就可以方便、精確地實現多個模組、多方式的時間效能測試，並且計時結果以一個文字檔獨立儲存，清晰直觀。 關鍵字：精確計時；效能測試； 在系統測試時，尤其在需要測試演算法或者某些模組的已耗用時間時，往往需要調用一些時間函數庫（如VC中的timeGetTime等可以擷取毫秒級的時間），在待測試的模組前後分別測試時間，然後，計算前後兩個時間的差值，就得到模組的已耗用時間， 1。 圖 1 一個典型的模組計時方法 但是，使用原始的計時函數直接進行時間測試在很多複雜情況下不方便， 1，當在一個模組中有多個子模組需要分別計時，所編寫的計時代碼甚至比原有的代碼還多，這增加了程式維護和閱讀的難度，容易出錯。作者結合自己在相關工作中的經驗，封裝了一組計時函數，共用給大家。該組函數有如下幾個優點： 計時精確：封裝的是高精度的計時API函數QueryPerformanceCounter()，該函數根據硬體定時器的頻率，理論上可以得到微秒(us)級精度的計時結果； 使用簡單：只用在待測試的模組前後加上兩個宏BM_START和BM_END，不需要對結果進行計算，也不需要考慮對各個模組測試結果資料的維護，這些操作已經被封裝。 結果輸出獨立：在系統運行結果時，只需要調用一個函數就可以把計時結果儲存在一個文字檔裡， 5和圖 8所示。 1. 高精度計時函數 在Windows系統下，程式員通常可以使用多種方式來進行時間控制：如使用前文提到的timeGetTime()函數，或者使用GetTickCount()函數，又或實現WM_TIMER訊息的映射等等。但是這些方法得到的時間精度都有一定的局限性，為了增加下文將到介紹的計時函數庫的適用性，本文採用高精度的時控API函數QueryPerformanceCounter()。 計時之前，調用QueryPerformanceFrequency()函數獲得機器內部定時器的時鐘頻率，然後在需要計時的模組前後分別調用QueryPerformanceCounter()函數，利用兩次獲得的計數之差獲得時鐘頻率，計算出模組的已耗用時間。代碼 2： 圖 2 精確計時程式碼片段 2. 封裝計時函數 2.1. 資料結構 為了維護計時結果，我們定義如下幾個資料： #define BENCHMARK_MAX_COUNT 20double gStarts[BENCHMARK_MAX_COUNT];double gEnds[BENCHMARK_MAX_COUNT];double gCounters[BENCHMARK_MAX_COUNT];double dfFreq = 1; 其中，BENCHMARK_MAX_COUNT定義了需要計時的模組總數，20表示最多可以定時20個模組，該值可以根據具體應用而定。gStarts和gEnds分別用於儲存開始計時和終止計時的計數器的值，gCounters用來儲存計時結果。全域變數dfFreq用來儲存上文介紹的時鐘頻率， 2所示。 2.2. 初始化InitBenchmark() 初始化函數InitBenchmark()包括兩部分內容： 對數組gStarts, gEnds, gCounter清零； 獲得機器內部定時器時鐘頻率。 InitBenchmark()代碼如下所示： void InitBenchmark(){ ResetBenchmarkCounters(); GetClockFrequent();} 該函數一般在程式運行最初調用。 2.3. 開始計時BMTimerStart() 開始計時函數BMTimerStart()放在計時模組的開始，函數定義如下： void BMTimerStart(int iModel){ LARGE_INTEGER litmp; QueryPerformanceCounter(&litmp); gStarts[iModel] = litmp.QuadPart;} 其中參數iModel表示當前計時的模組序號，0<=iModel<=BENCHMARK_MAX_COUNT;為了簡化調用代碼，我們給出一個宏定義如下: #define BM_START(t) BMTimerStart(t); 2.4. 終止計時BMTimerEnd（） 終止計時函數BMTimerEnd()放在計時模組的結束，函數定義如下： void BMTimerEnd(int iModel){ LARGE_INTEGER litmp; QueryPerformanceCounter(&litmp); gEnds[iModel] = litmp.QuadPart; gCounters[iModel] += (((gEnds[iModel] - gStarts[iModel]) / dfFreq) * 1000000);} 參數iModel同BMTimerStart()。本函數首先擷取當前的時鐘數，然後除以dfFreq得到已耗用時間。對於最後一條語句： gCounters[iModel] += (((gEnds[iModel] - gStarts[iModel]) / dfFreq) * 1000000); 要注意兩點： 用“＋＝”而不是“＝”，這個看似簡單的代替，可以實現對同一個模組的重複計時，後文3.3節列舉的情況； 乘以1000000，表示計時單位為微秒（us）。 類似BMTimerStart()，同樣為BMTimerEnd()定義一個宏： #define BM_END(t) BMTimerEnd(t); 2.5. 結果輸出WriteData() 以一個文字檔（見圖 5和圖 8）把全域變數gCounters中的所有值輸出，該函數一般在程式結束處調用， 4中最後一行代碼所示。由於篇幅限制，具體實現代碼請參考來源程式。 3. 計時測試執行個體 3.1. 多個模組計時 圖 3展示了嵌套計時以及對一個函數中多個模組進行計時的代碼，圖中可以看到，利用輸入參數我們對計時模組進行統一編號，測試代碼相對圖 1更清晰、直觀。 圖 3 用我們的函數實現嵌套計時 3.2. 迴圈內部計時 圖 4中的代碼展示了我們對迴圈體內每次執行運算的計時，只需簡單地給出參數 就可以得到從1到20的階乘的每次計算計算時間，計時結果輸出為檔案“D:\log.txt”， 5。 圖 4 對迴圈中每次運算的計時 圖 5 計時結果1 3.3. 迴圈累加計時 從圖 5可以看到，由於現代電腦處理速度越來越快，一些簡單運算的模組，微秒的計時單位幾乎都不夠精確，因此，一種常用的測試方法就是對同一模組進行N （N 取1000，10000等）次重複執行。使用本文介紹的計時函數，我們可以採用兩種方式對這種情況進行測試，代碼分別 6和圖 7，請注意二者的區別，並請讀者分析為何圖 7中的方法也是可行的。 N次運算計時結果 8。 圖 6 累加計時1 圖 7 累加計時2 圖 8 計時結果2 4. 結束語 本文實現了一組計時函數的封裝，並給出幾種特殊情況下的測試執行個體，實驗表明該組函數可以滿足各種複雜情況下的計時，能夠很方便地應用的實際的測試工作中。當然，還可以進一步封裝成一個計時類，留給讀者們自己去做。 原為轉自