数据结构C#描述（第五讲：在.NET中如何用一个常用计时程序来评判一段代码的时间复杂度）

    以往我们在学习数据结构的过程中，常常在开篇就涉及到算法时间复杂度的概念。而时间复杂度也是评价一个算法好坏的最主要的指标。在.NET中，我们尝试避开繁琐的时间复杂度分析，取而代之的是使用一种简单的基准计时代码来测试判断某段代码从开始运行到运行结束所需要的时间。这种基准计时代码主要用来衡量一格算法或者代码从开始运行到完全结束所经历的时间。为了能够准确分析代码的时间性能，我们必须基于.NET环境中的特点充分考虑各方面因素。

 

   我们先用一种简单的方法来测试代码运行的时间： static void Main(string[] args) { //Create a variable that is assigned the system time just as the subroutine is called DateTime StartTime; //TimeSpan represents a time intervel, we need a variable to store the time when the subroutine returns TimeSpan EndTime; StartTime = DateTime.Now; int[] arr1 = {1,2,3,4,5}; DisplayNums(arr1); EndTime = DateTime.Now.Subtract(StartTime); Console.WriteLine("The time is {0}", EndTime); Console.ReadKey(); } //Define a method for a specific function static void DisplayNums(int[] arr) { for (int i = 0; i <= arr.GetUpperBound(0); i++) { Console.Write(arr[i] + " "); }

   这段代码看上去，我们已经计算出了一个DisplayNums方法执行的时间。可是这是不准确的，因为我们忽略了.NET环境下代码的特殊性。首先，上面的代码所计算的时间是“从方法开始调用到返回主函数这一过程的时间”，在这一时刻，不仅仅是这段程序的进程在运行，还有别的很多进程，别的进程运行所占用的时间其实也附加到了我们的时间结果上，所以这里计算的时间实际上是不准确的。此外，这段代码忽略了.NET的一个非常重要的特性，那就是GC。在像.NET这样的一个运行时环境中，系统会随时因为垃圾回收而暂停下来，进行资源的释放。所以，上面代码的执行速度也会因为GC的调用而受到影响。

    为了减小以上两个因素带来影响，我们可以采取以下两种措施来一一克服：

    针对GC：我们应该确认在执行时间测试代码的时候没有GC在运行，最好的方法就是在开始测试时间之前，显式地调用GC，.NET为我们提供了一个特殊的对象-----GC，可以通过GC.Collect()方法来让系统进行垃圾回收。这还没有完，此外，存储在堆上的对象都有一个特殊的方法叫做finalizer()，这个方法是在删除一个对象时最后执行的一个方法，确认一个对象是否被完全删除实质上就是确认它的finalizer()方法是否已经执行，所以可以通过下面的代码来告诉程序先不要执行，只要等待，直到堆上多有的对象都完全删除干净。代码是GC.WaitForPendingFinalizers()；

     针对Process：我们都知道，程序是在一个进程中运行的。而.NET引入了应用程序域的概念，这就使操作系统允许多个不同的程序在同一时刻在同一个进程上运行，只是他们使用进程中不同的应用程序域罢了。在一个进程中，一个程序，或者程序的一部分是在一个线程中运行的，所以线程和应用程序域是一一对应的。操作系统是通过线程来给一个程序分配执行时间的。当我们测试一段程序代码的运行时间的时候，自然希望只测试进程中分配给我们的被测程序的那一段代码，而不是把进程中其他任务的代码时间也一并测了。确切地说，我们所要关注的是程序运行的那个线程的时间，而不是整个进程的时间。值得庆幸的是，我们能够通过.NET System.Diagnostic命名空间提供的Process类来实现这一点。Process类有一些方法，可以让我们准确地定位每一个程序所运行线程的时间，代码如下： //Record the time when the thread starts TimeSpan StartingTime,Duration; StartingTime = Process.GetCurrentProcess().Threads[0].UserProcessorTime; //Capture the time when the code segment we're testing stops Duration = StartingTime = Process.GetCurrentProcess().Threads[0].UserProcessorTime.Subtract(StartingTime);

 

综上所述，接下来我们就可以创建一个自己的Timing Class，来为以后测试任何程序代码的执行时间服务：

一个Timing Class 需要两个字段：

StartingTime---存储程序代码开始执行的时间

Duration----存储程序代码执行的时间片断

这两个数据变量都是TimeSpan类型的数据

我们需要在创建新的Time对象之前处理GC，所以要在构造函数中把对GC的处理添加进去。

代码如下：

using System; using System.Collections.Generic; using System.Diagnostics; using System.Text; namespace Chapter1_Timing_Test_Class { //Define the Timing Class public class Timing { TimeSpan StartingTime; TimeSpan Duration; //Constructor public Timing() { StartingTime = new TimeSpan(0); Duration = new TimeSpan(0); } public void StopTime() { Duration = Process.GetCurrentProcess().Threads[0].UserProcessorTime.Subtract(StartingTime); } public void StartTime() { GC.Collect(); GC.WaitForPendingFinalizers(); StartingTime = Process.GetCurrentProcess().Threads[0].UserProcessorTime; } public TimeSpan Result() { return Duration; } //The program to test the DisplayNums subroutine. class TestTiming { static void Main() { int[] nums = new int[100000]; BuildArray(nums); Timing tObj = new Timing(); tObj.StartTime(); DisplayNums(nums); tObj.StopTime(); Console.WriteLine("The time is {0} ", tObj.Result().TotalSeconds); Console.ReadKey(); } static void BuildArray(int[] arr) { for(int i= 0;i<100000;i++) { arr[i] = i; } } static void DisplayNums(int[] arr) { for (int i = 0; i <= arr.GetUpperBound(0); i++) { Console.Write(arr[i] + " "); } } }