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Objective-C 中如何测量代码的效率

背景

在我们编程的时候,可能经常会有一些疑问:

  • 我们写的某个方法的执行效率是多少?
  • 方法 A 和 方法 B 哪个更快?

因此,我们不可避免的要用到一些方法来计算代码的执行效率。计算代码的执行效率可以使用的API有:

  • NSDate
  • CFAbsoluteTimeGetCurrent
  • CACurrentMediaTime
  • dispatch_benchmark

NSDate

看到NSDate,大家应该都能想到怎么使用吧。为了更直观一点,我还是使用代码片段来演示好了:

NSTimeInterval startTime = [[NSDate new] timeIntervalSinceReferenceDate];
NSLog(@"斐波那契数:%d",fibonacci(10)) ;
NSTimeInterval endTime = [[NSDate new] timeIntervalSinceReferenceDate];
NSLog(@"耗时:%f", endTime - startTime);
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上面是一段 C与OC混合的代码片段,计算斐波那契数列计算第10个数的值需要消耗的时间。

利用NSDate 来计算运行效率:代码段运行前记录一次时间,运行后记录一次,然后比较时间差。 时间的单位是

CFAbsoluteTimeGetCurrent

利用CFAbsoluteTimeGetCurrent 主要是利用CFAbsoluteTimeGetCurrent()函数来获取当前的绝对时间。同样的我也是用代码片段来演示:

CFAbsoluteTime startTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
NSLog(@"斐波那契数:%d",fibonacci(10)) ;
CFAbsoluteTime endTime = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
NSLog(@"耗时:%f",endTime - startTime);
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利用CFAbsoluteTimeGetCurrent 来计算运行效率:代码段运行前记录一次时间,运行后记录一次,然后比较时间差。 时间的单位是

看到这里可能会有疑问CFAbsoluteTimeGetCurrent()是如何获取时间的呢? 我们追踪进去查看代码,就会有答案了,这是源码:

typedef double CFTimeInterval;
typedef CFTimeInterval CFAbsoluteTime;
/* absolute time is the time interval since the reference date */
/* the reference date (epoch) is 00:00:00 1 January 2001. */

CF_EXPORT
CFAbsoluteTime CFAbsoluteTimeGetCurrent(void);
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CFTimeInterval的定义和注释可以看出,CFAbsoluteTimeGetCurrent(void)返回的时间就是当前时间相对与reference date的时间。

CFTimeInterval 是对double 的重命名。而NSTimeInterval 也是对double 的重命名。 它们之间的关系就可想而已了!

CFAbsoluteTimeGetCurrent() 其实等价于 [[NSDate new] timeIntervalSinceReferenceDate]

CACurrentMediaTime

利用CACurrentMediaTime主要是利用CACurrentMediaTime()函数来计算时间。 还是先用示例来演示用法:

CFTimeInterval startTime = CACurrentMediaTime();
NSLog(@"斐波那契数:%d",fibonacci(10)) ;
CFTimeInterval endTime = CACurrentMediaTime();
NSLog(@"耗时:%f",endTime - startTime);
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计算执行效率时间上依然是:代码段运行前记录一次时间,运行后记录一次,然后比较时间差。 时间的单位是

跟踪查看源码中对CACurrentMediaTime()的定义

/* Returns the current CoreAnimation absolute time. This is the result of
 * calling mach_absolute_time () and converting the units to seconds. */

CA_EXTERN CFTimeInterval CACurrentMediaTime (void)
    __OSX_AVAILABLE_STARTING (__MAC_10_5, __IPHONE_2_0);
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可以看出CACurrentMediaTime() 是对mach_absolute_time()的封装。返回的是CoreAnimation 中的当前时间。

dispatch_benchmark

dispatch_benchmark 是 libdispatch(Grand Central Dispatch) 的一部分。但严肃地说,这个方法并没有被公开声明,所以我们必须要自己声明:

extern uint64_t dispatch_benchmark(size_t count, void (^block)(void));
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第二个参数是执行的代码片段block。 第一个参数是执行的次数(即运行block 的次数)。

uint64_t t = dispatch_benchmark(1000000, ^{
    NSLog(@"斐波那契数:%d",fibonacci(10)) ;
  });
NSLog(@"耗时: %llu ns", t);
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警告: 这里写的是我自己的理解,但是不一定正确,如果你有比较确切的资料或者不同的理解,麻烦告知我,万分感谢! dispatch_benchmark 应该是通过计算多次执行某代码片段的总时间,通过多次运行的总时间除以迭代运行的次数来计算一次运行的时间,以减小单次运行的误差。 dispatch_benchmark(size_t count, void (^block)(void))返回的就是单次运行代码段的时间。

关于dispatch_benchmark[1]的更多的文章,我们可以去文章末的资料中查看。

区别

  • 1、它们所属的框架不同。
NSDate 来自Foundation框架,只需要#import <Foundation/Foundation.h>,就可以使用了。
CFAbsoluteTimeGetCurrent 来自CoreFoundation框架,而Foundation框架是包含CoreFoundation框架的。
CACurrentMediaTime 来自QuartzCore框架,而UIKit框架是包含了QuartzCore框架的。
dispatch_benchmark 来自 libdispatch(G C D)库,而Foundation框架已包含了libdispatch库。
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  • 2、参考时间不同。 NSDate 和 CFAbsoluteTimeGetCurrent 是通过ReferenceDate来计算相差的秒值。与服务器的时间有关系。 而CACurrentMediaTime() 是封装的mach_absolute_time(),mach_absolute_time() 是基于内建时钟的,能够更精确更原子化地测量,并且不会因为外部时间变化而变化(例如时区变化、夏时制、秒突变等)。 dispatch_benchmark的时间计算方式未知(推测不是根据参考时间计算)。

  • 3、时间的精度不同 NSDate、CFAbsoluteTimeGetCurrent、CACurrentMediaTime计算出来的时间精度都是。 而dispatch_benchmark 的时间精度是纳秒

最后提醒

因为从操作系统本身的一切基本因素都是可变性非常强的,性能应该通过大量的试验来测量。对于大多数应用来说,样本数量在 105 到 108 之间是合理的。 所以我们应该运行要执行的代码段 105 到 108次,再来求平均值。


  1. 更多关于dispatch_benchmark的介绍↩︎

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