快捷導(dǎo)航

c++11 chrono全面解析(最高可達(dá)納秒級(jí)別的精度)

更新時(shí)間：2021年11月28日 15:55:19 作者：帝江VII

chrono是c++ 11中的時(shí)間庫(kù)，本文就來詳細(xì)的介紹一下chrono庫(kù)的具體使用，關(guān)鍵是理解里面時(shí)間段(Durations)、時(shí)間點(diǎn)(Time points)的概念，感興趣的可以了解一下

1.精度：

時(shí)鐘節(jié)拍(時(shí)間精度)：

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

其中N表示分子，D表示分母，默認(rèn)用秒表示的時(shí)間單位。

N對(duì)應(yīng)于其成員num，D對(duì)應(yīng)于其成員den

常用的單位：

ratio<60, 1>? ??? ??? ??? ??? ??minute

ratio<1, 1>? ??? ??? ??? ??? ????second

ratio<1, 1000>? ??? ??? ??? ?millisecond

...

ratio主要是是為后面將要講解的時(shí)間段，時(shí)間點(diǎn)等提供精度（單位）

#include<iostream>
#include<chrono>
using namespace std;
int main()
{
	cout << "millisecond : ";
	cout << std::chrono::milliseconds::period::num << "/" << std::chrono::milliseconds::period::den << "s" <<endl;
	system("pause");
	return 0;
}

2.時(shí)間段：

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

std::chrono::duration 表示一段時(shí)間，比如兩個(gè)小時(shí)，12.88秒，半個(gè)時(shí)辰，一炷香的時(shí)間等等

Rep表示一種數(shù)值類型，用來表示Period的數(shù)量，比如int float double。

Period是ratio類型，用來表示上面所說的單位精度，比如second milisecond。

chrono中宏定義了許多特例化了的duration：就是常見的hours，miniutes，seconds，milliseconds等，使用std::chrono::milliseconds直接使用。

（1）構(gòu)造函數(shù)很簡(jiǎn)單

(1)duration() = default;    //默認(rèn)構(gòu)造
(2)duration (const duration& dtn);        //(2)(3)拷貝構(gòu)造
(3)template<class Rep2, class Period2>
   constexpr duration (const duration<Rep2,Period2>& dtn);
(4)template<class Rep2>      //傳遞一個(gè)某類型（int等）的數(shù)值，構(gòu)造一個(gè)時(shí)間段   
   constexpr explicit duration (const Rep2& n);

（2）成員函數(shù)count()返回單位時(shí)間的數(shù)量。

#include <iostream>
#include <chrono>
int main()
{
	std::chrono::milliseconds mscond(1000); // 1 second
	std::cout << mscond.count() << " milliseconds.\n";
 
	std::cout << mscond.count() * std::chrono::milliseconds::period::num / std::chrono::milliseconds::period::den;
	std::cout << " seconds.\n";
	system("pause");
	return 0;
}

（2）當(dāng)不要求截?cái)嘀档那闆r下(時(shí)轉(zhuǎn)換成秒是沒問題，但是秒轉(zhuǎn)換成時(shí)就不行)時(shí)間段的轉(zhuǎn)換是隱式
的。顯示轉(zhuǎn)換可以由 std::chrono::duration_cast<> 來完成。
比如 std::chrono::milliseconds ms(54802);

std::chrono::seconds s=std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(ms);

這里的結(jié)果就是截?cái)嗟?，而不是進(jìn)行了舍入，所以s最后的值將為54。

3.時(shí)間點(diǎn)：

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

std::chrono::time_point 表示一個(gè)具體時(shí)間，如上個(gè)世紀(jì)80年代、今天下午3點(diǎn)、火車出發(fā)時(shí)間等，只要它能用計(jì)算機(jī)時(shí)鐘表示。

第一個(gè)模板參數(shù)Clock用來指定所要使用的時(shí)鐘（標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中有三種時(shí)鐘，system_clock，steady_clock和high_resolution_clock。見4時(shí)鐘詳解），第二個(gè)模板函數(shù)參數(shù)用來表示時(shí)間的計(jì)量單位(特化的std::chrono::duration<> )

時(shí)間點(diǎn)都有一個(gè)時(shí)間戳，即時(shí)間原點(diǎn)。chrono庫(kù)中采用的是Unix的時(shí)間戳1970年1月1日 00:00。所以time_point也就是距離時(shí)間戳(epoch)的時(shí)間長(zhǎng)度（duration）。

（1）構(gòu)造函數(shù)：

(1)	time_point(); //默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，時(shí)間戳作為其值
(2)	template <class Duration2> time_point (const time_point<clock,Duration2>& tp); //拷貝構(gòu)造函數(shù)
(3)	explicit time_point (const duration& dtn); //使用duration構(gòu)造，就是距離時(shí)間戳的時(shí)間長(zhǎng)度

(1)

 time_point();           //默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，時(shí)間戳作為其值

(2)

template <class Duration2>
time_point (const time_point<clock,Duration2>& tp);  //拷貝構(gòu)造函數(shù)

(3)

explicit time_point (const duration& dtn);           //使用duration構(gòu)造，就是距離時(shí)間戳的時(shí)間長(zhǎng)度

（2）時(shí)間點(diǎn)有個(gè)重要的函數(shù)：duration time_since_epoch() ?(用于獲取當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)距離時(shí)間戳的時(shí)間長(zhǎng)度)

即經(jīng)常用來得到當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)到1970年1月1日00:00的時(shí)間距離、該函數(shù)返回的duration的精度和構(gòu)造time_point的時(shí)鐘(Clock)有關(guān)(見4時(shí)鐘詳解)。

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
	//距離時(shí)間戳2兩秒
	chrono::time_point<chrono::system_clock, chrono::seconds> tp(chrono::seconds(2));
	cout << "to epoch : " <<tp.time_since_epoch().count() << "s" <<endl;
	//轉(zhuǎn)化為ctime，打印輸出時(shí)間點(diǎn)
	time_t tt = chrono::system_clock::to_time_t(tp);
	char a[50];
	ctime_s(a, sizeof(a), &tt);
	cout << a;
	system("pause");
	return 0;
}

可以看出，時(shí)間戳就是使用的Unix的時(shí)間戳。

4.時(shí)鐘：(代表當(dāng)前系統(tǒng)的時(shí)間)

chrono中有三種時(shí)鐘：system_clock，steady_clock和high_resolution_clock。每一個(gè)clock類中都有確定的time_point, duration, Rep, Period類型。

system_clock是不穩(wěn)定的。因?yàn)闀r(shí)鐘是可調(diào)的，即這種是完全自動(dòng)適應(yīng)本地賬戶的調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)可能造成的是，首次調(diào)用now()返回的時(shí)間要早于上次調(diào)用now()所返回的時(shí)間，這就違反了節(jié)拍頻率的均勻分布。穩(wěn)定鬧鐘對(duì)于超時(shí)的計(jì)算很重要，所以C++標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供一個(gè)穩(wěn)定時(shí)鐘 std::chrono::steady_clock。std::chrono::high_resolution_clock 是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中提供的具有最小節(jié)拍周期(因此具有最高的精度的時(shí)鐘)。

上文所說time_since_epoch()，以及將要介紹的now()函數(shù)的返回值都依賴于時(shí)鐘的精度，測(cè)試時(shí)鐘的精度的一種方法就是：

#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std;
int main()
{
	cout << "system clock          : ";
	cout << chrono::system_clock::period::num << "/" << chrono::system_clock::period::den << "s" << endl;
	cout << "steady clock          : ";
	cout << chrono::steady_clock::period::num << "/" << chrono::steady_clock::period::den << "s" << endl;
	cout << "high resolution clock : ";
	cout << chrono::high_resolution_clock::period::num << "/" << chrono::high_resolution_clock::period::den << "s" << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

windows系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果是system_clock的精度是100納秒，而high_resolution的精度是1納秒，對(duì)于程序來說，一般毫秒級(jí)就夠了，所以說chrono提供的時(shí)鐘精度綽綽有余。

（1）成員函數(shù)static time_point now() noexcept; 用于獲取系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間。

（2）由于各種time_point表示方式不同，chrono也提供了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換函數(shù) time_point_cast。

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

傳一個(gè)要轉(zhuǎn)換為的精度的duration模板參數(shù)和一個(gè)要轉(zhuǎn)換的time_point參數(shù)（用法見下面綜合應(yīng)用）

（3）其他成員函數(shù)：

to_time_t() time_point轉(zhuǎn)換成time_t秒

from_time_t() 從time_t轉(zhuǎn)換成time_point

綜合應(yīng)用：

輸出當(dāng)前時(shí)間,并且計(jì)算當(dāng)前的時(shí)間距離1970年1月1日00:00的毫秒數(shù)

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
	//定義毫秒級(jí)別的時(shí)鐘類型
	typedef chrono::time_point<chrono::system_clock, chrono::milliseconds> microClock_type;
	//獲取當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)，windows system_clock是100納秒級(jí)別的(不同系統(tǒng)不一樣，自己按照介紹的方法測(cè)試)，所以要轉(zhuǎn)換
	microClock_type tp = chrono::time_point_cast<chrono::milliseconds>(chrono::system_clock::now());
	//轉(zhuǎn)換為ctime.用于打印顯示時(shí)間
	time_t tt = chrono::system_clock::to_time_t(tp);
	char _time[50];
	ctime_s(_time,sizeof(_time),&tt);
	cout << "now time is : " << _time;
	//計(jì)算距離1970-1-1,00:00的時(shí)間長(zhǎng)度，因?yàn)楫?dāng)前時(shí)間點(diǎn)定義的精度為毫秒，所以輸出的是毫秒
	cout << "to 1970-1-1,00:00  " << tp.time_since_epoch().count() << "ms" << endl;
	system("pause");
	return 0;
}