自制性能测试类

自制性能测试类

赵湘宁

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商业软件包往往价格昂贵，并且需要一个过程之后才能有效地使用它们。针对这一点，本文拟实现一个简单有效的类，它能自动计算并报告函数、循环和代码块执行的时间。

自动化与简易性设计

利用类对象构造函数和析构函数的执行特性（它们分别在声明和销毁时执行），性能测试类的计时是在构造函数开始的，计算与报告某个操作的执行时间是在析构函数中进行的。测试仪提供毫秒级的结果。实现过程中将使用clock()返回程序开始后的处理器时钟时间（与平台相关的时间单位）。宏CLK_TCK表示特定机器每秒时钟数。

性能测试类定义如下:

#include <time.h>

class stopwatch
{
public:
stopwatch() : start(clock()){} //开始计时
~stopwatch();
private:
clock_t start;
};

构造函数将成员start初始化为当前的时钟。除了析构函数外没有定义其它的成员函数。析构函数再次调用clock()，计算构造对象后经过的时间并显示结果：

#include <iostream>
using namespace std;

stopwatch::~stopwatch()
{
clock_t total = clock()-start; //获得所用时间
cout<<"此操作所用时间: "<<total<<endl;
cout< <"转换成秒数: "<< double(total/CLK_TCK) <<endl;
}

注意clock_t和CLK_TCK是整数。因此在进行除法操作前必须将它们转换成double类型。为了延时屏幕输出，在析构函数中可以加上下列代码：

char dummy;
cin >>dummy; //延时屏幕输出

另外也可以将不同性能侧面的结果写入性能日志文件。

用所创建的类测试性能

为了对代码块进行测试，先在代码块的开始创建一个本地类实例，假设要测试的代码是下列循环：
string *pstr[5000]; //指针数组
for (int i=0;i<5000;i++)
{
pstr[i] = new string;
}

此循环在堆中分配5000个串对象。

用大括弧将上面的代码块括起来并在代码块开始声明类对象实例：

{
stopwatch watch; // 开始计时
string *pstr[5000];
for (int i=0;i<5000;i++)
{
pstr[i] = new string;
}
} // 摧毁计时器并报告结果

根据上面的代码段，当代码开始执行时，计时也开始，当代码退出时，析构函数便显示结果：

此操作所用时间: 27
转换成秒数: 0.027

循环在运行这段代码的机器上耗时27毫秒。现在对上面的代码段稍做改动，使用栈动态分配内存会得到什么样的性能数据呢？
{
stopwatch watch;
for (int i=0;i<5000;i++)
{
string s;//创建并销毁本地的自动创建的串
}
}

这段代码运行结果为：

此操作所用时间: 14
转换成秒数: 0.014

可以看出，用栈代替堆分配内存速度提高了50%。而且使用堆内存的代码还不包括销毁5000个串所用的时间。使用栈内存的代码不存在这个问题。由此很容易看出性能差别。

另外，使用堆内存的代码还有5000个赋值操作：

pstr[i] = new string;

将代码改动一下：

{
stopwatch watch;
for (int i=0;i<5000;i++)
{
new string; // 不用赋值的堆内存分配
}
}

通常的代码是不能这样写的-原因是这样的代码造成严重的内存溢出。但它把分配操作与其它的变量隔离开了。这段代码不是以赋值方式进行堆内存分配，这是性能调整时常用的方法，其运行结果如下：

此操作所用时间: 27
转换成秒数: 0.027

也就是说赋值不影响性能。

性能测试常常需要一些技术实践。开发人员的直觉常会令人误入歧途-直观上开销很大的操作往往对性能影响不大，而一些表面上无所谓的操作象动态内存分配证明了在内存开销上对CPU的依赖。所以说如果没有可靠的性能测试作为手段，我们是很难发现性能事实的。