切换时间单位时程序运行时长计算结果不一致问题排查

我正在编写一个计算prefixSum（前缀和）和scan（扫描）的程序，希望以毫秒为单位统计运行时长，但测试时发现结果存在异常。

毫秒级计时函数 #

double executeFunction(double *arr, int size, void (*function)(double *, int)) {
    struct timespec start, end;
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
    function(arr, size);
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
    return (end.tv_sec - start.tv_sec) + (end.tv_nsec - start.tv_nsec) / 1000000.0;
}

秒级计时函数（仅最后一行不同） #

double executeFunction(double *arr, int size, void (*function)(double *, int)) {
    struct timespec start, end;
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
    function(arr, size);
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
    return (end.tv_sec - start.tv_sec) + (end.tv_nsec - start.tv_nsec) / 1000000000.0;
}

打印时长代码 #

double cpu_time_used = executeFunction(arr, size, function);
printf("Time taken: %f \n", cpu_time_used);

测试输出 #

毫秒级代码输出 #

Size: 1000000
Function: prefixSum
Input file: /dev/null
Time taken: 1.861000 ms
Output file: /dev/null

秒级代码输出 #

Size: 1000000
Function: prefixSum
Input file: /dev/null
Time taken: 0.004642 seconds
Output file: /dev/null

两者的时长结果相差甚远，不符合毫秒约为秒的1000倍的预期。尝试了不同的数组大小，但未发现明显规律，请问这一现象的原因是什么？

你的毫秒级计时函数存在单位不统一的逻辑错误，导致计算结果完全不符合预期：

在毫秒级的executeFunction中，(end.tv_sec - start.tv_sec)得到的是时间差的秒数，而(end.tv_nsec - start.tv_nsec)/1000000.0得到的是时间差的毫秒数，直接把不同单位的值相加，相当于把“1秒”当成“1毫秒”来计算，结果自然偏差极大。

正确的毫秒级计算应该先把秒数部分转换为毫秒，再和纳秒转来的毫秒数相加：

return (end.tv_sec - start.tv_sec) * 1000.0 + (end.tv_nsec - start.tv_nsec) / 1000000.0;

另外，两次测试结果的数值差异（1.861ms vs 约4.642ms）是正常现象——程序运行时间会受CPU缓存命中情况、系统当前负载、进程调度等因素影响，每次执行的实际耗时都会有波动，但核心问题还是毫秒级计时的逻辑错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user24086036