C++11中的chrono库详解

Oria ·

更新时间:2024-11-14

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前言

1、记录时长的duration

2、表示时间点的time_point

3、获取系统时钟的clocks

前言

C++11提供了日期时间相关的库chrono，通过chrono库可以很方便的处理日期和时间。chrono库主要包含3种类型：时间间隔duration、时钟clocks和时间点time_point

1、记录时长的duration

duration为一个模板类，表示时间间隔，可以是几秒、几分钟或者几个小时的时间间隔。duration的原型如下：

template <class Rep, 
class Period = ratio<1> >
class duration;

第一模板参数Rep是一个数值类型，表示时钟数的类型；第二个模板参数是一个默认模板参数std::ratio，表示时钟周期，它的原型如下：

template <intmax_t N, 
intmax_t D = 1
> class ratio;

它表示每个时钟周期的秒数，其中第一个模板参数N代表分子，D代表分母，分母默认为1，因此，ratio代表的是一个分子除以分母的分数值。比如：

ratio<2>//代表2秒
ratio<60>//代表1分钟
ratio<60*60>//代表1小时
ratio<60*60*24>//代表1天
ratio<1, 1000>//代表1毫秒
ratio<1, 1000000>//代表1微秒
ratio<1, 1000000000>//代表1纳秒

为了方便使用，标准库定义了一些常用的时间间隔，如时、分、秒、毫秒、微秒和纳秒，在chrono命名空间下，定义如下(vs2013的源码)：

typedef duration<long long, nano> nanoseconds;
typedef duration<long long, micro> microseconds;
typedef duration<long long, milli> milliseconds;
typedef duration<long long> seconds;
typedef duration<int, ratio<60> > minutes;
typedef duration<int, ratio<3600> > hours;

通过定义这些常用的时间间隔类型，我们能方便的使用它们，比如线程休眠：

//休眠100毫秒
this_thread::sleep_for(std::chrono::duration<int, ratio<1, 100>>(100));
this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(100));//更简单
//休眠3秒
this_thread::sleep_for(std::chrono::duration<int>(3));
this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));//更简单

chrono还提供了获取时间间隔的时钟周期数的方法count()，它的基本用法如下：

#include<iostream>
#include<chrono>
int main()
{
std::chrono::seconds s(3);//3秒
std::chrono::milliseconds ms = 2 * s;//6000毫秒
std::cout << "3 s duration has " << s.count() << " ticks\n" << "6000 ms duration has " << ms.count() << " ticks\n";
}

执行结果：

duration在某些情况下可以进行转换，例如，当duration的Rep都为整型，且源Period要大于目标Period时或者目标duration的Rep为浮点数时可以使用传统类型转化或者隐式调用其单值构造函数，不必调用duration_cast

int main()
{
//目标duration的Rep为double
std::chrono::milliseconds int_milliseconds(1024);       // 1024ms
std::chrono::microseconds int_microseconds(1024);       // 1024us
std::chrono::duration<double> double_seconds;
double_seconds = int_microseconds;//1024ms = 1.024s
double_seconds = int_milliseconds;//1024us = 0.001024s
//当duration的Rep都为整型，且源Period可被目标Period整除时
int_microseconds = int_milliseconds; //ms赋值给us可以，但是us赋值给ms不可
int_milliseconds = std::chrono::seconds(1);//s赋值给ms可以，但是ms赋值给s不可以
//源duration的Rep为double， 目标duration的Rep不为double，不能转换
//std::chrono::milliseconds t1 = std::chrono::duration<double>(1024);
/*
 * 数据会发生截断时的转化
 * chrono库提供了duration之间相互转化的函数，其定义如下
 *      template <class ToDuration, class Rep, class Period>
 *      constexpr ToDuration duration_cast(const duration<Rep,Period>& d);
*/
    std::chrono::seconds t1 = std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(std::chrono::milliseconds(1024));               // 1s = 1024ms(精度损失)
    std::chrono::seconds t2 = std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(std::chrono::duration<double>(1.024));          // 1s = 1.024s 
}

时间间隔之间可以做运算，计算两端时间间隔的差值的实例如下：

int main()
{
std::chrono::minutes t1(10);
std::chrono::seconds t2(50);
std::chrono::seconds t3 = t1 - t2;
cout << t3.count() << " second" << endl;
}

执行结果：

其中，t1代表10分钟，t2代表50秒，t3则是t1减t2，也就是600-50=550秒。通过调用t3的count()输出差值550个时钟周期，因为t3的时钟周期为1秒，所以t3表示时间间隔为550秒。

值得注意的是，duration的加减运算有一定的规则，当两个duration时钟周期不相同的时候，会先统一成一种时钟，然后再作加减运算。统一成一种时钟的规则如下：

对于ratio<x1, y1>count1和ratio<x2, y2>count2。如果x1、x2的最大公约数为x，y1、y2的最小公倍数为y，那么统一之后的ratio为ratio<x, y>

例如：

int main()
{
std::chrono::duration<double, std::ratio<9, 7>> d1(3);
std::chrono::duration<double, std::ratio<6, 5>> d2(1);
auto d3 = d1 - d2;
cout << "d3类型 : "<<typeid(d3).name() << endl;
cout << d3.count() << endl;
}

执行结果：

根据前面介绍的规则，对于9/7和6/5，分子取最大公约数3，分母取最小公倍数35，所以，统一之后的duration为std::chrono::duration<double,struct std::ratio<3,35>>。然后再将原来的duration转换为统一的duration，最后计算的时钟周期数为：((9/7)/(3/35)*3)-((6/5)/(3/35)*1)，结果为31

2、表示时间点的time_point

time_point表示一个时间点，用来获取从它的clock的开始所经过的duration(比如，可能是1970.1.1以来的时间间隔)和当前时间，可以做一些时间的比较和算术运算，可以喝ctime库结合起来显示时间。time_point必须用clock来计时。time_point有一个函数time_from_eproch()用来获得1970年1月1日到time_point时间经过的duration

time_point是一个类模板，原型如下：

template <class Clock, 
class Duration = typename Clock::duration>
class time_point;
template <class Clock, 
class Duration = typename Clock::duration>
class time_point;

第一个模板参数Clock用来指定所要使用的时钟（标准库中有三种时钟，system_clock，steady_clock和high_resolution_clock）
第二个模板函数参数用来表示时间的计量单位(特化的std::chrono::duration<> )

计算当前时间距离1970年1月1日有多少天

#include<iostream>
#include<chrono>
#include<ratio>
using namespace std::chrono;
int main()
{
using days_type = duration<int, std::ratio<60 * 60 * 24>>;
time_point<system_clock, days_type> today = time_point_cast<days_type>(system_clock::now());
std::cout << today.time_since_epoch().count() << " days since epoch" << endl;
}

执行结果：

time_point还支持一些算术运算，比如两个time_point的差值时钟周期数，还可以和duration相加减。要注意不同clock的time_point是不能进行算术运算的。下面例子将展示前一天和后一天的日期：

#include<iostream>
#include<chrono>
#include<iomanip>
using namespace std::chrono;
int main()
{
system_clock::time_point now = system_clock::now();
std::time_t prev = system_clock::to_time_t(now - hours(24)); //返回时间戳
std::time_t next = system_clock::to_time_t(now + hours(24)); //返回时间戳
cout << "One day ago, the time was " << std::put_time(std::localtime(&prev), "%Y.%m.%d %H:%M:%S") << endl;
cout << "A day later, the time is " << std::put_time(std::localtime(&next), "%Y.%m.%d %H:%M:%S") << endl; 
}

执行结果：

3、获取系统时钟的clocks

clocks表示当前的系统时钟，内部有time_point、duration、Rep、Period等信息，主要用来获取当前时间，以及实现time_t和time_point的相互转换。clocks包含如下3种时钟：
-system_clock：代表真实时间的挂钟时间，具体时间依赖于系统。system_clock保证提供的时间值是一个可读时间
-steady_clock：不能被“调整” 的时钟，并不一定代表真实世界的挂钟时间。保证先后调用now()得到的时间值是不会递减的
-high_resoulution_clock：高精度时钟，实际上是system_clock或者steady_clock的别名。可以通过now()来获取当前时间点，代码如下：

int main()
{
std::chrono::system_clock::time_point t1 = std::chrono::system_clock::now();
cout << "hello fl" << endl;
std::chrono::system_clock::time_point t2 = std::chrono::system_clock::now();
cout << (t2 - t1).count() << " tick count" << endl;
return 0;
}

执行结果：