如何在代码中计算代码执行的时钟周期数

有的时候，需要在代码中获取代码运行的时钟周期数。那么，怎么获取到某段代码在运行时的时钟周期数呢？

通过获取程序运行时间

在代码中直接计算一个程序的时钟周期是不容易的。但是计算一个程序的执行时间却是比较容易的。编程语言和操作系统都提供有相关的封装好的接口，可以很方便地调用来得到程序的运行时间。这方面的参考资料很多，我就不去介绍了。

如何获取程序的执行时间? Linux环境 || Windows环境

下面来介绍一下怎么通过获取的程序执行时间来得到十周周期数。
CPU时钟周期：通常为节拍脉冲或T周期，即主频的倒数，它是CPU中最小的时间单位，每个动作至少需要一个时钟周期。而主频又与与具体的时间有关。CPU的主频表示每秒进行的时钟周期数。那么运行时间与时钟周期数有如下的计算方式:

根据获取的运行时间和CPU的主频可以计算出程序的时钟周期数。

直接计算时钟周期数

也有直接计算时钟周期数的方法。为了给计时测量提供更高的准确度，很多处理器还包含一个运行在始终周期级别的计时器，它是一个特殊的寄存器，每个时钟周期它都会自动加1。这个周期计数器呢，是一个64位无符号数，直观理解，就是如果你的处理器是1GHz的，那么需要570年，它才会从2的64次方绕回到0，所以你大可不必考虑溢出的问题。但是这种方法是依赖于硬件的。首先，并不是每种处理器都有这样的寄存器的；其次，即使大多数都有，实现机制也不一样，因此，我们无法用统一的，与平台无关的接口来使用它们。于是就要使用汇编来处理。在这里给出一个C语言嵌入汇编的例程。

unsigned long long int begin,end,total=0;	
static __inline__ unsigned long long rdtsc(void)	 
{	 
	unsigned hi, lo; 	
	__asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=a"(lo),"=d"(hi));	 
	return ( (unsigned long long)lo)|( ((unsigned long long)hi)<<32 );	 
} 
 
int main(){   
	begin=rdtsc();   

	//这里调用要测试的函数   
	end=rdtsc();   
	total = end – begin; // total即為 cpu clock cycle 
}

存在的问题

对于第一种方法

对于先计时再计算时钟周期数，除开计时器本身可能存在的精度问题。另外，时间 = 周期数 / 频率，由于频率可能会变（比如我的笔记本的 CPU 通常半速运行在 800MHz，繁忙的时候全速运行在 1.6GHz），那么测得的时间也就不准确了。计算的时钟周期就不准。

对于第二种方法

原文链接

在多核时代，RDTSC 指令的准确度大大削弱了，原因有三：

不能保证同一块主板上每个核的 TSC 是同步的；
CPU 的时钟频率可能变化，例如笔记本电脑的节能功能；
乱序执行导致 RDTSC 测得的周期数不准，这个问题从 Pentium Pro 时代就存在。

在多核下，这两次执行可能会在两个CPU上发生，而这两个CPU的计数器的初值不一定相同（由于完成上电复位的准确时机不同)，（有办法同步，见如何同步），那么就导致结果包含了这个误差，这个误差可正可负，取决于先执行的那块CPU 的时钟计数器是超前还是落后。

&emsp乱序执行这个问题比较简单，但意义深远。在现代 CPU 的复杂架构下，测量几条或几十条指令的耗时是无意义的，因为观测本身会干扰 CPU 的执行（cache, 流水线, 多发射，乱序, 猜测)。要么我们以更宏观的指标来标示性能；要么用专门的手段来减小对观测结果的影响。

当然，无论怎样，都不可能测得一个程序的准确时钟周期数。但是在允许一定误差存在的条件下，这些方法是有效的，根据场景合理的选择需要的方法。