gettimeofday函数如何精确获取当前时间？

这是一个非常经典且在 Linux/Unix 系统中广泛使用的函数，用于获取当前时间，虽然在新代码中推荐使用更现代的 clock_gettime，但 gettimeofday 因其简单性和广泛的历史存在,仍然非常重要。

函数原型

gettimeofday 函数定义在 <sys/time.h> 头文件中。

#include <sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);

功能描述

gettimeofday 函数用于获取当前日历时间（精确到微秒），它将时间信息存储在 struct timeval 结构体中。

参数详解

函数有两个参数：

a) struct timeval *tv (输入/输出参数)

这是一个指向 timeval 结构体的指针，函数会将获取到的时间信息填充到这个结构体中，如果这个参数是 NULL,则函数不会获取或填充时间信息。

timeval 结构体的定义如下：

struct timeval {
    time_t      tv_sec;     // 秒 (seconds since Jan. 1, 1970)
    suseconds_t tv_usec;    // 微秒 (microseconds, 0 to 999,999)
};

• tv_sec: 自 Unix 纪元（1970年1月1日00:00:00 UTC）以来经过的秒数。
• tv_usec: 在当前秒内经过的微秒数（0 到 999,999）。

b) struct timezone *tz (输入/输出参数)

这是一个指向 timezone 结构体的指针，用于获取时区信息，在现代系统中，这个参数几乎总是被忽略，为了可移植性和避免问题，强烈建议将其设置为 NULL。

timezone 结构体的定义如下（在 <sys/time.h> 中）：

struct timezone {
    int tz_minuteswest; // 格林威治时间以西的分钟数
    int tz_dsttime;     // 夏令时类型
};

返回值

• 成功时：返回 0。
• 失败时：返回 -1，并设置 errno 来指示错误原因（EFAULT 表示无效的指针地址）。

使用示例

下面是一个完整的示例，展示如何使用 gettimeofday 获取当前时间并将其打印出来。

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h> // 包含 gettimeofday 的头文件
#include <unistd.h>   // 包含 sleep 函数的头文件
int main() {
    struct timeval start_time, end_time;
    // 获取开始时间
    if (gettimeofday(&start_time, NULL) != 0) {
        perror("gettimeofday (start) failed");
        return 1;
    }
    printf("程序开始运行...\n");
    printf("开始时间: 秒 = %ld, 微秒 = %ld\n", start_time.tv_sec, start_time.tv_usec);
    // 模拟一些工作，比如休眠1秒
    sleep(1);
    // 获取结束时间
    if (gettimeofday(&end_time, NULL) != 0) {
        perror("gettimeofday (end) failed");
        return 1;
    }
    printf("程序结束运行...\n");
    printf("结束时间: 秒 = %ld, 微秒 = %ld\n", end_time.tv_sec, end_time.tv_usec);
    // 计算耗时
    long seconds = end_time.tv_sec - start_time.tv_sec;
    long microseconds = end_time.tv_usec - start_time.tv_usec;
    // 处理微秒借位
    if (microseconds < 0) {
        seconds--;
        microseconds += 1000000;
    }
    double elapsed_time = seconds + microseconds / 1000000.0;
    printf("程序总耗时: %ld 秒 %ld 微秒\n", seconds, microseconds);
    printf("程序总耗时 (秒): %.6f\n", elapsed_time);
    return 0;
}

编译和运行

在 Linux 或 macOS 系统上，使用 GCC 编译：

gcc -o time_example time_example.c
./time_example

预期输出

程序开始运行...
开始时间: 秒 = 1678886400, 微秒 = 123456
程序结束运行...
结束时间: 秒 = 1678886401, 微秒 = 125345
程序总耗时: 1 秒 1889 微秒
程序总耗时 (秒): 1.001889

(注意：秒数和微秒数会根据你运行程序的时间而变化)

gettimeofday vs. clock_gettime

虽然 gettimeofday 很好用，但它并不是 POSIX 标准的一部分，而是 BSD 和 Linux 的特定扩展，更重要的是，它已经被标记为过时。

现代 C 编程中，推荐使用 clock_gettime。

clock_gettime 的优势

1. POSIX 标准：clock_gettime 是 POSIX.1-2001 标准的一部分，具有更好的可移植性（适用于 Linux, macOS, 以及其他遵循 POSIX 的系统）。
2. 更高的精度：clock_gettime 可以提供纳秒级的精度（如果系统支持），而 gettimeofday 通常是微秒级。
3. 更多的时间源：clock_gettime 允许你选择不同类型的时钟源，而不仅仅是日历时间。
   • CLOCK_REALTIME: 类似于 gettimeofday,返回系统范围的实时时间。
   • CLOCK_MONOTONIC: 返回一个单调递增的时钟，它不受系统时间调整（如 NTP 同步或用户手动修改时间）的影响。非常适合用于测量耗时。
   • CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID: 测量当前进程消耗的 CPU 时间。
   • CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID: 测量当前线程消耗的 CPU 时间。

clock_gettime 示例

下面是使用 clock_gettime 重新实现上面的耗时计算示例：

#define _POSIX_C_SOURCE 199309L // 需要定义这个宏才能使用 clock_gettime
#include <stdio.h>
#include <time.h>      // 包含 clock_gettime 的头文件
#include <unistd.h>    // 包含 sleep 函数的头文件
int main() {
    struct timespec start_time, end_time;
    // 使用 CLOCK_MONOTONIC 来测量耗时，因为它不受系统时间变化的影响
    if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start_time) != 0) {
        perror("clock_gettime (start) failed");
        return 1;
    }
    printf("程序开始运行...\n");
    printf("开始时间: 秒 = %ld, 纳秒 = %ld\n", start_time.tv_sec, start_time.tv_nsec);
    sleep(1);
    if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end_time) != 0) {
        perror("clock_gettime (end) failed");
        return 1;
    }
    printf("程序结束运行...\n");
    printf("结束时间: 秒 = %ld, 纳秒 = %ld\n", end_time.tv_sec, end_time.tv_nsec);
    // 计算耗时
    long seconds = end_time.tv_sec - start_time.tv_sec;
    long nanoseconds = end_time.tv_nsec - start_time.tv_nsec;
    // 处理纳秒借位
    if (nanoseconds < 0) {
        seconds--;
        nanoseconds += 1000000000;
    }
    double elapsed_time = seconds + nanoseconds / 1000000000.0;
    printf("程序总耗时: %ld 秒 %ld 纳秒\n", seconds, nanoseconds);
    printf("程序总耗时 (秒): %.9f\n", elapsed_time);
    return 0;
}

• 对于新项目，请优先使用 clock_gettime，它更标准、更灵活、精度更高。
• 维护旧代码或进行简单的、跨平台要求不高的快速原型开发时，gettimeofday 仍然是一个简单有效的选择。
• 绝对不要用 gettimeofday 来测量耗时，因为它会受到系统时间同步的影响，应该使用 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...) 来测量时间间隔。