【C++】chono库：使用及源码分析

文章目录

  • 0. 概述
  • 1. duration
    • 1.1 分析
      • std::chrono::duration_cast()
    • 1.2 使用案例
      • std::chrono::duration::count()
    • 1.3 部分源码
  • 2. time_point
    • 2.1 分析
      • std::chrono::time_point_cast()
    • 2.2 使用举例
      • std::chrono::time_point::time_since_epoch()
    • 2.3 部分源码

0. 概述

本篇文章介绍 chrono 模板库，是参考 cplusplus.com 官网做的一篇详解。
chrono 库是可以实现各种时间格式的定义和转化，整体分成三部分。

  1. duration 类：
    用作 测量时间跨度，比如：1分钟，2小时，或者10毫秒。
    使用 duration 类模板的对象来表示时，可以将计数表示和周期精度耦合在一起（例如：10表示计数，毫秒表示周期精度）
  2. time_point 类：
    用作 表示某一个时间点，比如：日出的时间，某人的纪念日
    使用 time_point 类模板的对象来表示时，需要指定 clock（三种，后面有讲） 和相对于纪元的持续时间来表示这一点
namespace chrono 
{// duration 类template <class _Rep, class _Period> class duration;// time_point 类template <class _Clock, class _Duration = typename _Clock::duration> class time_point;// ...
}
  1. clock 结构体
    就像名称所示，时钟，可以将时间点与实际物理时间联系起来。
    主要介绍三个时钟，它们提供了将当前时间表示为时间点的方法
    1. 系统时钟 system_clock
    2. 稳定时钟 steady_clock
    3. 高精度时钟 high_resolution_clock
namespace chrono 
{struct system_clock { // wraps GetSystemTimePreciseAsFileTime/GetSystemTimeAsFileTimeusing rep                       = long long;using period                    = ratio<1, 10'000'000>; // 100 nanosecondsusing duration                  = _CHRONO duration<rep, period>;using time_point                = _CHRONO time_point<system_clock>;static constexpr bool is_steady = false;// 获取当前时间static time_point now();// time_point 类型转化成 time_tstatic __time64_t to_time_t(const time_point& _Time);// time_t 类型转化成 time_pointstatic time_point from_time_t(__time64_t _Tm);};struct steady_clock { // wraps QueryPerformanceCounterusing rep                       = long long;using period                    = nano;using duration                  = nanoseconds;using time_point                = _CHRONO time_point<steady_clock>;static constexpr bool is_steady = true;static time_point now() noexcept { // get current timeconst long long _Freq = _Query_perf_frequency(); // doesn't change after system bootconst long long _Ctr  = _Query_perf_counter();static_assert(period::num == 1, "This assumes period::num == 1.");// 10 MHz is a very common QPC frequency on modern PCs. Optimizing for// this specific frequency can double the performance of this function by// avoiding the expensive frequency conversion path.constexpr long long _TenMHz = 10'000'000;if (_Freq == _TenMHz) {static_assert(period::den % _TenMHz == 0, "It should never fail.");constexpr long long _Multiplier = period::den / _TenMHz;return time_point(duration(_Ctr * _Multiplier));} else {// Instead of just having "(_Ctr * period::den) / _Freq",// the algorithm below prevents overflow when _Ctr is sufficiently large.// It assumes that _Freq * period::den does not overflow, which is currently true for nano period.// It is not realistic for _Ctr to accumulate to large values from zero with this assumption,// but the initial value of _Ctr could be large.const long long _Whole = (_Ctr / _Freq) * period::den;const long long _Part  = (_Ctr % _Freq) * period::den / _Freq;return time_point(duration(_Whole + _Part));}}};_EXPORT_STD using high_resolution_clock = steady_clock;
} // namespace chrono

1. duration

1.1 分析

template <class _Rep, class _Period> class duration;
  • _Rep 表示一种数值类型，用来表示 _Period 的类型，比如：int, float, double…
  • _Period 是 ratio 类型，表示 用秒表示的时间单位 比如：second, milisecond…

常用的duration<Rep,Period>已经定义好了，在 std::chrono下：

// std::chrono
using nanoseconds	= duration<long long, nano>;
using microseconds	= duration<long long, micro>;
using milliseconds	= duration<long long, milli>;
using seconds		= duration<long long>;
using minutes		= duration<int, ratio<60>>;
using hours			= duration<int, ratio<3600>>;
using days			= duration<int, ratio_multiply<ratio<24>, hours::period>>;
using weeks			= duration<int, ratio_multiply<ratio<7>, days::period>>;
using years			= duration<int, ratio_multiply<ratio<146097, 400>, days::period>>;
using months		= duration<int, ratio_divide<years::period, ratio<12>>>;

std::chrono::duration_cast()

由于 duration 的种类繁多，chrono 库提供了duration_cast 类型转换函数模板，在模板参数中填写需要转成的类型如：<std::chrono::seconds / months / days…>，就可以得到想要的结果，std::chrono 下：

// std::chrono
template <class _To, class _Rep, class _Period, enable_if_t<_Is_duration_v<_To>, int> /* = 0 */>_To duration_cast(const duration<_Rep, _Period>& _Dur)

1.2 使用案例

🌰典型的用法是表示一段时间：

// duration constructor
#include <iostream>
#include <chrono>int main ()
{typedef std::chrono::duration<int> seconds_type;typedef std::chrono::duration<int,std::milli> milliseconds_type;typedef std::chrono::duration<int,std::ratio<60*60>> hours_type;hours_type h_oneday (24);                  // 24hseconds_type s_oneday (60*60*24);          // 86400smilliseconds_type ms_oneday (s_oneday);    // 86400000msseconds_type s_onehour (60*60);            // 3600s//hours_type h_onehour (s_onehour);          // NOT VALID (type truncates), use:hours_type h_onehour (std::chrono::duration_cast<hours_type>(s_onehour));milliseconds_type ms_onehour (s_onehour);  // 3600000ms (ok, no type truncation)std::cout << ms_onehour.count() << "ms in 1h" << std::endl;return 0;
}
--------------------------
输出结果：
3600000ms in 1h
  • 需要注意的就是，大单位的 duration 可以作为参数构造小单位，反过来就不行了，需要使用 duration_cast 进行强转。
    在这里插入图片描述

std::chrono::duration::count()

🌰 duration 还有一个成员函数 count() 返回 Rep 类型的 Period 数量：

// duration::count
#include <iostream>     
#include <chrono>       // std::chrono::seconds, std::chrono::milliseconds，std::chrono::duration_cast
using namespace std::chrono;int main ()
{milliseconds foo (1000); // 1 second，这里的 milliseconds 是库里的，定义见 1.1foo*=60;std::cout << "duration (in periods): ";std::cout << foo.count() << " milliseconds.\n";std::cout << "duration (in seconds): ";std::cout << foo.count() * milliseconds::period::num / milliseconds::period::den;std::cout << " seconds.\n";return 0;
}
-------------------------------
输出结果：
duration (in periods): 60000 milliseconds.
duration (in seconds): 60 seconds.

1.3 部分源码

template <class _Rep, class _Period>
class duration { // represents a time duration
public:using rep    = _Rep;using period = typename _Period::type;template <class _Rep2, enable_if_t<is_convertible_v<const _Rep2&, _Rep> && (treat_as_floating_point_v<_Rep> !treat_as_floating_point_v<_Rep2>), int> = 0>duration(const _Rep2& _Val) : _MyRep(static_cast<_Rep>(_Val)) {}template <class _Rep2, class _Period2, enable_if_t<treat_as_floating_point_v<_Rep> || (_Ratio_divide_sfinae<_Period2, _Period>::den == 1 && !treat_as_floating_point_v<_Rep2>), int> = 0>duration(const duration<_Rep2, _Period2>& _Dur) : _MyRep(_CHRONO duration_cast<duration>(_Dur).count()) {}_Rep count() const {return _MyRep;}common_type_t<duration> operator+() const;common_type_t<duration> operator-() const;duration& operator++();duration operator++(int);// -- (略)duration& operator+=(const duration& _Right);duration& operator-=(const duration& _Right);// *= /= %= (略)// 返回为 0 的 duration 类型static duration zero();
// 返回相应 _Rep 类型的最小值 的 durationstatic duration(min)();
// 返回相应 _Rep 类型的最大值 的 durationstatic duration(max)();private:_Rep _MyRep; // the stored rep
};

2. time_point

2.1 分析

template <class _Clock, class _Duration = typename _Clock::duration> class time_point;

类型 std::chrono::time_point 表示一个具体时间，鉴于我们使用时间的情景不同，这个 time point 具体到什么程度，由选用的单位决定。模板参数如下：

  • 时钟类型（见 clock 部分）
  • duration 的时间类型，决定了 time_point 的时间类型

std::chrono::time_point_cast()

由于各种 time_point 表示方式不同，chrono 也提供了相应的转换函数 time_point_cast()。

template <class _To, class _Clock, class _Duration, enable_if_t<_Is_duration_v<_To>, int> = 0>
time_point<_Clock, _To> time_point_cast(const time_point<_Clock, _Duration>& _Time);
{// change the duration type of a time_point; truncatereturn time_point<_Clock, _To>(_CHRONO duration_cast<_To>(_Time.time_since_epoch()));
}

2.2 使用举例

以 system_clock 这个时钟举例，里面涉及的起始时间，是计算机元年 1970年1月1日8点（后文简称计元）。

🌰代码如下：

// time_point constructors
#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std::chrono;int main ()
{// 用时钟 system_clock::time_point 直接声明，其值默认为：纪元时间system_clock::time_point tp_epoch;std::time_t tt = system_clock::to_time_t(tp_epoch);		// 转成 time_t 后可查// 用 time_point 类（tp_seconds 的时间周期是 second）time_point<system_clock, duration<int>> tp_seconds(duration<int>(1));	// duration 不传时间精度，就默认是 secondstd::cout << tp_seconds.time_since_epoch().count() << std::endl;// 用时钟 system_clock::time_point (time_point) 构造对象，时间周期默认是 1/10000000 ssystem_clock::time_point tp(tp_seconds);std::cout << "1 second since system_clock epoch = ";std::cout << tp.time_since_epoch().count();std::cout << " system_clock periods." << std::endl;// 打印std::cout << "time_point tp_epoch is: " << ctime(&tt);tt = system_clock::to_time_t(tp);std::cout << "time_point tp is:       " << ctime(&tt);return 0;
}
------------------------------
输出结果：
1
1 second since system_clock epoch = 10000000 system_clock periods.
time_point tp_epoch is : Thu Jan  1 08 : 00 : 00 1970
time_point tp is : Thu Jan  1 08 : 00 : 01 1970

std::chrono::time_point::time_since_epoch()

time_point 有一个函数 time_since_epoch() 用来获得1970年1月1日到 time_point 时间经过的duration。同样，如果 time_point 以天为单位，函数返回的 duration 就以天为单位。

#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std::chrono;int main()
{typedef duration<int, std::ratio<60 * 60 * 24>> days_type;	// ratio以second为单位，这里的duration时间跨度为1daytime_point<system_clock, days_type> today = time_point_cast<days_type>(system_clock::now());std::cout << today.time_since_epoch().count() << " days since epoch" << std::endl;return 0;
}
--------------------
输出结果：
19679 days since epoch

2.3 部分源码

template <class _Clock, class _Duration = typename _Clock::duration>class time_point { // represents a point in timepublic:using clock    = _Clock;using duration = _Duration;using rep      = typename _Duration::rep;using period   = typename _Duration::period;time_point(const _Duration& _Other): _MyDur(_Other) {}template <class _Duration2, enable_if_t<is_convertible_v<_Duration2, _Duration>, int> = 0>constexpr time_point(const time_point<_Clock, _Duration2>& _Tp): _MyDur(_Tp.time_since_epoch()) {}_Duration time_since_epoch() const{return _MyDur;}time_point& operator++() noexcept(is_arithmetic_v<rep>);time_point operator++(int) noexcept(is_arithmetic_v<rep>);time_point& operator--() noexcept(is_arithmetic_v<rep>);time_point operator--(int) noexcept(is_arithmetic_v<rep>);time_point& operator+=(const _Duration& _Dur);time_point& operator-=(const _Duration& _Dur);static time_point(min)();static time_point(max)();private:_Duration _MyDur{duration::zero()}; // duration since the epoch};

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