为什么C++中for循环执行前后无法测出时间差？

问题背景 #

用户尝试计算C++中迭代函数与递归函数的时间差，最初无法测出for循环执行耗时，具体测试过程如下： #

第一次测试 #

测试代码

int main (){
    //int arr[7] = {1,2,3,4,5,6,7};
    ll arr[100000];
    unsigned __int64 one = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch()).count();
    for (ll i = 0; i < 100000; i++)
    {
        arr[i]=i+1; 
    }
    unsigned __int64 two = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch()).count();
    // int a=binSearchRecursive(arr,6755,0,10000);
    // int b=binSearchIter(arr,6755,0,10000);
    // unsigned __int64 three = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch()).count();
    cout << "Recursive :"<< one << " " <<two <<endl;
    cout << "Iterative :" <<two-one << std :: endl;
    // cout <<a<<" " << b  ;
    return 0;
}

运行结果

Recursive :1635504404011 1635504404011
Recursive :0

第二次测试 #

修改点：新增第二个for循环替换数组已有值，将计时精度从毫秒改为纳秒

测试代码

int main (){
    //int arr[7] = {1,2,3,4,5,6,7};
    ll arr[100000];
    unsigned __int64 one = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch()).count();
    for (ll i = 0; i < 100000; i++)
    {
        arr[i]=i*3; 
    }
    for (long long i = 0; i < 100000; i++)
    {
        arr[i]=arr[i]*arr[i+1]; 
    }
    unsigned __int64 two = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch()).count();
    // int a=binSearchRecursive(arr,6755,0,10000);
    // int b=binSearchIter(arr,6755,0,10000);
    // unsigned __int64 three = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(std::chrono::system_clock::now().time_since_epoch()).count();
    //cout << "Recursive :"<< one << " " <<two <<endl;
    cout << "Recursive :"<< two-one <<endl;
    //int b = arr[23423] + arr[73432];
    //cout << "Iterative :" << three- two << std :: endl;
    // cout <<a<<" " << b  ;
    return 0;
}

疑问

运行后得到差值为1029000，该差值是两个for循环的总耗时还是仅第一个for循环的耗时？ #

问题解答 #

第一次测试差值为0的原因 #

• 10万次数组赋值操作本身执行耗时远小于1毫秒，毫秒级精度不足以测出差异
• 若开启了编译器优化（如O2、O3等级），编译器会识别到arr数组后续没有被使用，会直接删除无副作用的for循环代码，导致两次计时中间没有有效执行逻辑，差值自然为0

第二次测试差值的含义 #

你代码中one时间戳取在两个for循环执行前，two时间戳取在两个for循环全部执行完成后，因此1029000纳秒的差值是两个for循环的总耗时，换算后约为1.03毫秒，符合两次10万次循环的执行耗时水平。

计时优化建议 #

• 关闭编译器优化，或在计时结束后主动使用数组中的值（比如输出数组某随机下标的值），避免无副作用的代码被优化删除
• 短耗时计时优先使用std::chrono::steady_clock而非std::chrono::system_clock，前者为单调时钟，不会因为系统时间同步出现跳变，计时准确性更高
• 可以将被测代码重复执行多次（如1000次）后统计总耗时，平均得到的单次耗时误差更小

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Spartex