c++11 时间类 std::chrono

概念：

chrono库：主要包含了三种类型：时间间隔Duration、时钟Clocks和时间点Time point。

Duration：表示一段时间间隔，用来记录时间长度，可以表示几秒钟、几分钟或者几个小时的时间间隔。

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

Rep表示一种数值类型，用来表示Period的数量，比如int float double

Period是ratio类型，用来表示【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::duration下：

ratio<3600, 1>                hours

ratio<60, 1>                    minutes

ratio<1, 1>                      seconds

ratio<1, 1000>               microseconds

ratio<1, 1000000>         microseconds

ratio<1, 1000000000>    nanosecons

这里需要说明一下ratio这个类模版的原型：

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

N代表分子，D代表分母，所以ratio表示一个分数值。

注意，我们自己可以定义Period，比如ratio<1, -2>表示单位时间是-0.5秒。

由于各种duration表示不同，chrono库提供了duration_cast类型转换函数。

template <class ToDuration, class Rep, class Period>
constexpr ToDuration duration_cast (const duration<Rep,Period>& dtn);

// duration constructor
#include <iostream>
#include <ratio>
#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);                  // 24h
  seconds_type s_oneday (60*60*24);          // 86400s
  milliseconds_type ms_oneday (s_oneday);    // 86400000ms

  seconds_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;
}

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

// duration::count
#include <iostream>     // std::cout
#include <chrono>       // std::chrono::seconds, std::chrono::milliseconds
                        // std::chrono::duration_cast

int main ()
{
  using namespace std::chrono;
  // std::chrono::milliseconds is an instatiation of std::chrono::duration:
  milliseconds foo (1000); // 1 second
  foo*=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;
}

　　

time_point：表示一个具体时间点，如上个世纪80年代、你的生日、今天下午、火车出发时间等，只要它能用计算机时钟表示。鉴于我们使用时间的情景不同，一个time point具体到什么程度，由选用的单位决定。

一个time point必须有一个clock计时。

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

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。

举个例子，如果timepoint以天为单位，函数返回的duration就以天为单位。

标准库为了方便使用，就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，它们的定义如下：

typedef duration <Rep, ratio<3600,1>> hours;
typedef duration <Rep, ratio<60,1>> minutes;
typedef duration <Rep, ratio<1,1>> seconds;
typedef duration <Rep, ratio<1,1000>> milliseconds;
typedef duration <Rep, ratio<1,1000000>> microseconds;
typedef duration <Rep, ratio<1,1000000000>> nanoseconds;

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 ToDuration, class Clock, class Duration>
time_point<Clock,ToDuration> time_point_cast (const time_point<Clock,Duration>& tp);

　　比如：

/ time_point_cast
#include <iostream>
#include <ratio>
#include <chrono>

int main ()
{
  using namespace std::chrono;

  typedef duration<int,std::ratio<60*60*24>> days_type;

  time_point<system_clock,days_type> today = time_point_cast<days_type>(system_clock::now());  // 把以秒为单位的time_point转换成以天为单位

  std::cout << today.time_since_epoch().count() << " days since epoch" << std::endl;

  return 0;
}

　　

clocks：表示当前的系统时钟，内部有time_point, duration, Rep, Period等信息，它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包含三种时钟：

• system_clock：从系统获取的时钟；
• steady_clock：不能被修改的时钟；
• high_resolution_clock：高精度时钟，实际上是system_clock或者steady_clock的别名。

std::chrono::system_clock: 表示当前的系统时钟，系统中运行的所有进程使用now()得到的时间是一致的。

每一个clock类中都有确定的time_point, duration, Rep, Period类型。

操作有：

now() 当前时间time_point

to_time_t() time_point转换成time_t秒

from_time_t() 从time_t转换成time_point

典型的应用是计算时间日期：

// system_clock example
#include <iostream>
#include <ctime>
#include <ratio>
#include <chrono>

int main ()
{
  using std::chrono::system_clock;

  std::chrono::duration<int,std::ratio<60*60*24> > one_day (1);

  system_clock::time_point today = system_clock::now();
  system_clock::time_point tomorrow = today + one_day;

  std::time_t tt;

  tt = system_clock::to_time_t ( today );
  std::cout << "today is: " << ctime(&tt);

  tt = system_clock::to_time_t ( tomorrow );
  std::cout << "tomorrow will be: " << ctime(&tt);

  return 0;
}

　　

std::chrono::steady_clock 为了表示稳定的时间间隔，后一次调用now()得到的时间总是比前一次的值大（这句话的意思其实是，如果中途修改了系统时间，也不影响now()的结果），每次tick都保证过了稳定的时间间隔。

操作有：

now() 获取当前时钟

典型的应用是给算法计时：

// steady_clock example
 2 #include <iostream>
 3 #include <ctime>
 4 #include <ratio>
 5 #include <chrono>
 6
 7 int main ()
 8 {
 9   using namespace std::chrono;
10
11   steady_clock::time_point t1 = steady_clock::now();
12
13   std::cout << "printing out 1000 stars...\n";
14   for (int i=0; i<1000; ++i) std::cout << "*";
15   std::cout << std::endl;
16
17   steady_clock::time_point t2 = steady_clock::now();
18
19   duration<double> time_span = duration_cast<duration<double>>(t2 - t1);
20
21   std::cout << "It took me " << time_span.count() << " seconds.";
22   std::cout << std::endl;
23
24   return 0;
25 }

　　

std::chrono::high_resolution_clock 顾名思义，这是系统可用的最高精度的时钟。实际上high_resolution_clock只不过是system_clock或者steady_clock的typedef。

操作有：

now() 获取当前时钟。

一个计算当前时间的样例：

static std::string CaculateCurrentTimeStamp() {
  // Y-M-D H:M:S
  char time_buffer[20];
  auto current_time = std::chrono::system_clock::now(); // 表示当前时间的时间点。
  auto current_time_t = std::chrono::system_clock::to_time_t(current_time); // 表示 current_time 的 std::time_t 值。
  // std::localtime(current_time_t): 将std::time_t 对象转换为内部静态 std::tm 对象的指针。
  // 按照格式字符串 format ，转换来自给定的日历时间 current_time_t 的日期和时间信息，为空终止多字节字符串 time_buffer。最多写入 sizeof(time_buffer) 字节。
  // 格式为: 年-月-日 时:分:秒
  std::strftime(time_buffer,
                sizeof(time_buffer),
                "%Y-%m-%d %H:%M:%S",
                std::localtime(&current_time_t));

  // caulate milliseconds
  auto ms = current_time.time_since_epoch();  // 计算纪元时间
  auto diff = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(ms).count();  // 转换成毫秒
  auto const msecs = diff % 1000;  // 计算毫秒位的数字

  // full time format: Y-M-D H:M:S.MS
  std::string full_time_buffer(time_buffer);
  full_time_buffer.append(".");
  full_time_buffer.append(std::to_string(msecs));
  return full_time_buffer;
}