程序运行的时间的估算

本文探讨了如何在软件开发过程中,通过分析代码结构和利用算法复杂性理论,对程序运行时间进行合理估算。通过理解时间复杂度和空间复杂度的概念,开发者可以预估程序在不同数据规模下的性能表现,从而优化代码,提升效率。

 

 1  大部分程序的大部分指令之执行一次,或者最多几次。如果一个程序的所有指令都具有这样的性质,我们说这个程序的执行时间是常数。
 logN   如果一个程序的运行时间是对数级的,则随着N的增大程序会渐渐慢下来,如果一个程序将一个大的问题分解成一系列更小的问题,每一步都将问题的规 模缩减成几分之一 ,一般就会出现这样的运行时间函数。在我们所关心的范围内,可以认为运行时间小于一个大的常数。对数的基数会影响这个常数,但改变不会太 大:当N=1000时,如果基数是10,logN等于3;如果基数是2,logN约等于10.当N=1 00 000,logN只是前值的两倍。当N时原来的两倍,logN只增长了一个常数因子:仅当从N增长到N平方时,logN才会增长到原来的两倍。
 N  如果程序的运行时间的线性的,很可能是这样的情况:对每个输入的元素都做了少量的处理。当N=1 000 000时,运行时间大概也就是这个数值;当N增长到原来的两倍时,运行时间大概也增长到原来的两倍。如果一个算法必须处理N个输入(或者产生N个输出), 那么这种情况是最优的。
在嵌入式开发中,测量程序运行时间是优化性能和调试的重要手段。CS+(CubeSuite+)是由瑞萨电子提供的一款集成开发环境(IDE),主要用于RX、RL78等系列MCU的开发。虽然CS+主要面向瑞萨微控制器,但其测量程序执行时间的方法与其它IDE类似。 ### 使用硬件定时器测量程序运行时间 可以通过单片机内部的定时器模块来实现对代码段执行时间的精确测量。以STM32为例,使用通用定时器(如TIM2或TIM3)可以实现高精度的时间测量。 ```c #include "stm32f10x.h" void delay_us(uint32_t us) { // 假设系统时钟为72MHz,预设计数器值为72-1,使计数频率为1MHz SysTick->LOAD = 72 - 1; SysTick->VAL = 0; SysTick->CTRL = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; for (; us > 0; us--) { while (!(SysTick->CTRL & SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk)); } SysTick->CTRL = 0; } uint32_t measure_execution_time(void (*func)(void)) { uint32_t start, end; start = HAL_GetTick(); func(); end = HAL_GetTick(); return end - start; } ``` 此方法适用于粗略测量函数执行时间[^1]。 ### 使用调试接口(如SWO)测量时间 如果目标芯片支持SWO(Serial Wire Output)功能,可以通过ITM(Instrumentation Trace Macrocell)输出时间戳,从而测量代码段的执行时间。这种方法通常需要配置调试器(如ST-Link或J-Link)并启用ITM功能。 ```c #include "core_cm3.h" void enable_ITM(void) { // 启用ITM和DWT CoreDebug->DEMCR |= CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk; DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk; } uint32_t get_cycle_count(void) { return DWT->CYCCNT; } // 示例:测量某个函数执行周期数 void example_function(void) { for (volatile int i = 0; i < 1000; i++); } int main(void) { enable_ITM(); uint32_t start = get_cycle_count(); example_function(); uint32_t end = get_cycle_count(); uint32_t cycles = end - start; // 输出cycles变量到调试控制台 } ``` 该方法适合进行细粒度的时间测量,尤其是在没有操作系统干预的情况下。 ### 使用CS+内置的调试功能 在CS+中,开发者可以通过调试界面设置断点,并利用“Run to Cursor”功能配合观察寄存器或变量变化来估算时间。此外,CS+还支持查看指令执行周期的功能,具体操作可能因版本不同而有所差异。
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