C++高精度時(shí)間庫<chrono>的實(shí)現(xiàn)示例
在前面學(xué)習(xí)C語言我們就已經(jīng)學(xué)習(xí)了C語言的時(shí)間庫<time.h>。它操作簡單、是全平臺(tái)行為一致的時(shí)間庫。但是它卻存在著很多的問題——類型不安全,精度較低(通常為秒),擴(kuò)展只能依賴編譯器特制的宏。
而現(xiàn)代項(xiàng)目中如果要進(jìn)行性能測試、時(shí)間間隔計(jì)算的話,C語言的<time.h>顯然是不夠的。因此在C++11中,引入了<chrono>這個(gè)時(shí)間庫。接下來我們就來一次學(xué)習(xí)一下。
相關(guān)的英文文檔為:Standard library header <chrono> (C++11) - cppreference.com
<chrono>設(shè)計(jì)哲學(xué)
在C++11之前,我們處理時(shí)間基本靠 time_t、clock() 和 struct timespec。這種方式的問題在于:類型不安全。函數(shù)參數(shù)傳遞 time_t,你無法直觀知道單位是秒還是毫秒;做時(shí)間運(yùn)算時(shí),極易因單位混淆導(dǎo)致bug
<chrono> 庫最偉大的貢獻(xiàn),就是引入了 編譯期類型安全 和 精度無關(guān) 的時(shí)間處理模型。它將時(shí)間抽象為三個(gè)核心概念:
- 時(shí)間段 (Duration):由 數(shù)值 和 單位 組成的強(qiáng)類型。例如
std::chrono::seconds(10)就是10秒,std::chrono::milliseconds(1000)是1000毫秒,它們?cè)陬愋蜕暇筒煌?,不能直接隱式轉(zhuǎn)換,避免了單位混淆。 - 時(shí)間點(diǎn) (Time Point):某個(gè)特定時(shí)鐘上的一個(gè)點(diǎn),由 時(shí)鐘 (Clock) 和 時(shí)間段 (Duration) 共同定義。它本質(zhì)上是從某個(gè)固定的紀(jì)元 (Epoch) 開始到現(xiàn)在的時(shí)間段。例如
std::chrono::system_clock::now()返回的就是一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。 - 時(shí)鐘 (Clock):提供了獲取當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的入口 (
now()),并定義了時(shí)間點(diǎn)的精度和紀(jì)元。標(biāo)準(zhǔn)提供了三種時(shí)鐘(如文檔所列),這是新手最容易踩坑的地方,下面我會(huì)重點(diǎn)講。
庫中的單位
時(shí)長單位(Duration Units)
這些是表示時(shí)間間隔的類型,基于duration模板定義。
| 單位名稱 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 說明 |
|---|---|---|
| std::chrono::nanoseconds | C++11 | 納秒,周期為std::nano |
| std::chrono::microseconds | C++11 | 微秒,周期為std::micro |
| std::chrono::milliseconds | C++11 | 毫秒,周期為std::milli |
| std::chrono::seconds | C++11 | 秒,周期為std::ratio<1> |
| std::chrono::minutes | C++11 | 分鐘,周期為std::ratio<60> |
| std::chrono::hours | C++11 | 小時(shí),周期為std::ratio<3600> |
| std::chrono::days | C++20 | 天,周期為std::ratio<86400> |
| std::chrono::weeks | C++20 | 周,周期為std::ratio<604800> |
| std::chrono::months | C++20 | 月(平均格里高利月),周期為std::ratio<2629746> |
| std::chrono::years | C++20 | 年(平均格里高利年),周期為std::ratio<31556952> |
時(shí)鐘單位(Clock Types)
時(shí)鐘定義了時(shí)間的原點(diǎn)(紀(jì)元)和刻度,用于產(chǎn)生時(shí)間點(diǎn)。
| 時(shí)鐘名稱 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 說明 |
|---|---|---|
| std::chrono::system_clock | C++11 | 系統(tǒng)范圍實(shí)時(shí)時(shí)鐘(掛鐘時(shí)間),通?;赨nix時(shí)間戳 |
| std::chrono::steady_clock | C++11 | 單調(diào)時(shí)鐘,不受系統(tǒng)時(shí)間調(diào)整影響,適合測量間隔 |
| std::chrono::high_resolution_clock | C++11 | 當(dāng)前設(shè)置下最高精度的時(shí)鐘,通常是上述之一的別名 |
| std::chrono::utc_clock | C++20 | 協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC),處理跳秒 |
| std::chrono::tai_clock | C++20 | 國際原子時(shí)(TAI),與UTC有固定偏移且無跳秒 |
| std::chrono::gps_clock | C++20 | 全球定位系統(tǒng)時(shí)(GPS),始于1980-01-06 |
| std::chrono::file_clock | C++20 | 文件系統(tǒng)使用的時(shí)鐘別名,用于獲取文件時(shí)間戳 |
| std::chrono::local_t | C++20 | 偽時(shí)鐘,代表本地時(shí)間,不關(guān)聯(lián)具體時(shí)區(qū) |
日歷基礎(chǔ)單位(Calendar Fundamentals)
C++20引入,表示格里高利歷中的基本日期元素。
| 類型名稱 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 說明 |
|---|---|---|
| std::chrono::day | C++20 | 表示月份中的某一天(1-31) |
| std::chrono::month | C++20 | 表示年份中的某個(gè)月(1-12) |
| std::chrono::year | C++20 | 表示格里高利歷中的年份(如2024) |
| std::chrono::weekday | C++20 | 表示星期幾(0代表周日,1周一,...6周六) |
| std::chrono::last_spec | C++20 | 標(biāo)簽類,用于表示月份的最后一天或最后一個(gè)工作日 |
日歷復(fù)合單位(Calendar Composites)
由基礎(chǔ)類型組合而成,用于表示完整的日期或特定規(guī)則。
| 類型名稱 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 說明 |
|---|---|---|
| std::chrono::year_month | C++20 | 特定的年+月組合(如2024y/May) |
| std::chrono::month_day | C++20 | 特定的月+日組合(如May/21d),忽略年份 |
| std::chrono::year_month_day | C++20 | 完整的日期(如2024-05-21) |
| std::chrono::year_month_day_last | C++20 | 某月的最后一天(如2024年5月的最后一天) |
| std::chrono::month_day_last | C++20 | 某月的最后一天,忽略年份 |
| std::chrono::year_month_weekday | C++20 | 某年第N個(gè)月的星期W(如2024年5月的第3個(gè)星期二) |
| std::chrono::year_month_weekday_last | C++20 | 某個(gè)月的最后一個(gè)星期W |
| std::chrono::month_weekday | C++20 | 某個(gè)月的第N個(gè)星期W,忽略年份 |
| std::chrono::month_weekday_last | C++20 | 某個(gè)月的最后一個(gè)星期W,忽略年份 |
| std::chrono::weekday_indexed | C++20 | 表示某個(gè)月的第幾個(gè)星期幾(如第3個(gè)星期二) |
| std::chrono::weekday_last | C++20 | 表示某個(gè)月的最后一個(gè)星期幾 |
時(shí)刻單位(Time of Day)
將時(shí)長拆分為時(shí)、分、秒等,用于表示一天內(nèi)的時(shí)間。
| 類型名稱 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 說明 |
|---|---|---|
| std::chrono::hh_mm_ss | C++20 | 將時(shí)長拆分為小時(shí):分鐘:秒及亞秒的模板類,支持12小時(shí)/24小時(shí)格式 |
時(shí)區(qū)單位(Time Zone)
C++20引入,用于處理時(shí)區(qū)、本地時(shí)間和轉(zhuǎn)換。
| 類型名稱 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 說明 |
|---|---|---|
| std::chrono::time_zone | C++20 | 代表一個(gè)IANA時(shí)區(qū)(如"Asia/Shanghai") |
| std::chrono::zoned_time | C++20 | 將時(shí)區(qū)與時(shí)間點(diǎn)關(guān)聯(lián)的組合類型 |
| std::chrono::tzdb | C++20 | IANA時(shí)區(qū)數(shù)據(jù)庫的快照 |
| std::chrono::sys_info | C++20 | 特定時(shí)間點(diǎn)在某個(gè)時(shí)區(qū)的詳細(xì)信息(偏移量、縮寫、是否DST) |
| std::chrono::local_info | C++20 | 描述本地時(shí)間到系統(tǒng)時(shí)間轉(zhuǎn)換的低級(jí)信息(用于處理歧義或不存在的時(shí)間) |
| std::chrono::choose | C++20 | 枚舉,用于指定在本地時(shí)間歧義時(shí)如何選擇(earliest或latest) |
| std::chrono::time_zone_link | C++20 | 時(shí)區(qū)的替代名稱(鏈接) |
| std::chrono::nonexistent_local_time | C++20 | 異常,表示本地時(shí)間不存在(如夏令時(shí)快進(jìn)時(shí)段) |
| std::chrono::ambiguous_local_time | C++20 | 異常,表示本地時(shí)間有歧義(如夏令時(shí)回?fù)軙r(shí)段) |
字面量單位(Literals)
定義在std::literals::chrono_literals內(nèi)聯(lián)命名空間中,用于便捷書寫。
| 字面量運(yùn)算符 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 返回類型/說明 |
|---|---|---|
| operator""h | C++14 | 返回std::chrono::duration,表示小時(shí) |
| operator""min | C++14 | 返回std::chrono::duration,表示分鐘 |
| operator""s | C++14 | 返回std::chrono::duration,表示秒 |
| operator""ms | C++14 | 返回std::chrono::duration,表示毫秒 |
| operator""us | C++14 | 返回std::chrono::duration,表示微秒 |
| operator""ns | C++14 | 返回std::chrono::duration,表示納秒 |
| operator""y | C++20 | 返回std::chrono::year,表示年份 |
模板類
std::chrono::duration
這是最核心的類模板,它將一個(gè)數(shù)值(tick數(shù))和一個(gè)時(shí)間單位(tick周期)綁定在一起,實(shí)現(xiàn)了類型安全的時(shí)間長度表示。
template<class Rep,class Period = std::ratio<1>> class duration;
- Rep:存儲(chǔ)tick計(jì)數(shù)的算術(shù)類型,如 long long、int 或 double。
- Period:一個(gè) std::ratio 類型,編譯期指定每個(gè)tick代表的秒數(shù)。例如,std::ratio<1> 為1秒,std::milli 為1/1000秒。
核心接口與表達(dá)式
| 接口類別 | 表達(dá)式/代碼示例 | 作用與說明 |
|---|---|---|
| 構(gòu)造函數(shù) | duration<Rep, Period> d(5); | 用tick計(jì)數(shù)值構(gòu)造時(shí)長。通常通過預(yù)定義類型或字面量創(chuàng)建,如 5s、100ms。 |
| 觀察值 | d.count() | 返回底層的tick計(jì)數(shù)值(Rep類型)。 |
| 算術(shù)運(yùn)算 | d1 + d2, d1 - d2 | 時(shí)長之間加減,返回相同單位的時(shí)長。 |
| d * 3, d / 2 | 時(shí)長乘以或除以一個(gè)標(biāo)量(Rep類型)。 | |
| 比較運(yùn)算 | d1 == d2, d1 < d2 | 比較兩個(gè)時(shí)長的長短(自動(dòng)處理不同單位)。 |
| 單位轉(zhuǎn)換 | duration_cast<seconds>(d) | 顯式將時(shí)長轉(zhuǎn)換為其他單位(可能截?cái)啵?/td> |
| duration<double>(d) | 若目標(biāo) Rep 為浮點(diǎn)數(shù),可隱式轉(zhuǎn)換(無需cast)。 | |
| 特殊值 | duration::zero() | 返回零長度的時(shí)長。 |
| duration::min() | 返回該時(shí)長類型能表示的最小值(最負(fù)值)。 | |
| duration::max() | 返回該時(shí)長類型能表示的最大值。 |
示例代碼:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include<chrono>
#include <ratio>//提供編譯期有理數(shù)算術(shù)的支持。
using namespace std::chrono;
//duration 的基本操作
void TestDuration()
{
// 1. 構(gòu)造與觀察
milliseconds ms(1024); // 1024毫秒
std::cout << ms.count() << " ms\n"; // 輸出: 1024 ms
// 2. 算術(shù)運(yùn)算
seconds s = duration_cast<seconds>(milliseconds(2500) + milliseconds(500));
std::cout << s.count() << " s\n"; // 輸出 3 s
// 3. 比較運(yùn)算
if (minutes(1) > seconds(30))
{
std::cout << "1分鐘比30秒長\n";
}
// 4. 單位轉(zhuǎn)換
seconds s2 = duration_cast<seconds>(milliseconds(1500)); // 顯式轉(zhuǎn)換: 1s
std::cout << s2.count() << " s (截?cái)嗪?\n"; // 輸出: 1 s
duration<double, std::ratio<60>> d_min = seconds(90); // 隱式轉(zhuǎn)換: 1.5分鐘
std::cout << d_min.count() << " 分鐘\n"; // 輸出: 1.5 分鐘
// 5. 特殊值
std::cout << "duration<int>::zero(): " << duration<int>::zero().count() << "\n";
}結(jié)果為:

std::chrono::treat_as_floating_point
這是一個(gè)類型特征(type trait),用于判斷一個(gè)類型是否應(yīng)被視為浮點(diǎn)數(shù),從而決定是否允許從高精度到低精度的隱式轉(zhuǎn)換。
//C++11定義
template< class Rep >
struct treat_as_floating_point : std::is_floating_point<Rep> {};
//C++17定義
template< class Rep >
constexpr bool treat_as_floating_point_v = treat_as_floating_point<Rep>::value;它繼承自 std::is_floating_point,因此默認(rèn)情況下,只有當(dāng) Rep 是 float、double、long double 時(shí),其值為 true。
核心規(guī)則與表達(dá)式
| 表達(dá)式 | 值示例 | 作用與說明 |
|---|---|---|
| treat_as_floating_point_v<int> | false | 指示 int 不被視為浮點(diǎn)數(shù)。 |
| treat_as_floating_point_v<double> | true | 指示 double 被視為浮點(diǎn)數(shù)。 |
| 編譯期分支 | if constexpr (treat_as_floating_point_v<Rep>) | 在模板編程中,根據(jù)此特征選擇不同的實(shí)現(xiàn)路徑。 |
| 控制隱式轉(zhuǎn)換 | duration<double, milli> d = seconds(1); | 允許:因?yàn)槟繕?biāo)Rep為double,treat_as_floating_point為true,1秒隱式轉(zhuǎn)為1000.0毫秒。 |
| duration<int, milli> d = seconds(1); | 禁止(編譯錯(cuò)誤):因?yàn)槟繕?biāo)Rep為int,treat_as_floating_point為false,隱式轉(zhuǎn)換可能截?cái)鄶?shù)據(jù),必須用 duration_cast。 |
示例代碼:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include<chrono>
#include <ratio>//提供編譯期有理數(shù)算術(shù)的支持。
using namespace std::chrono;
//treat_as_floating_point
void TestTAFP()
{
// 檢查特征值
std::cout << std::boolalpha;
std::cout << "treat_as_floating_point<int>: "
<< treat_as_floating_point<int>::value << "\n"; // false
std::cout << "treat_as_floating_point<double>: "
<< treat_as_floating_point<double>::value << "\n"; // true
// 演示其對(duì)轉(zhuǎn)換的影響
seconds s(1); // 1秒
// 1. 目標(biāo)為 double (treat_as_floating_point == true) -> 隱式轉(zhuǎn)換 OK
duration<double, std::milli> d1 = s; // 自動(dòng)變?yōu)?1000.0 毫秒
std::cout << "d1 (double毫秒): " << d1.count() << " ms\n";
// 2. 目標(biāo)為 int (treat_as_floating_point == false) -> 隱式轉(zhuǎn)換 ERROR
// duration<int, milli> d2 = s; // 編譯錯(cuò)誤: 存在截?cái)囡L(fēng)險(xiǎn)
// 3. 必須顯式轉(zhuǎn)換
duration<int, std::milli> d2 = duration_cast<milliseconds>(s);
std::cout << "d2 (int毫秒, 顯式轉(zhuǎn)換): " << d2.count() << " ms\n";
}結(jié)果為:

std::chrono::duration_values
這是一個(gè)工具類模板,它為給定的 Rep 類型提供了獲取零值、最小值和最大值的統(tǒng)一靜態(tài)接口。
template<class Rep> struct duration_values;
核心靜態(tài)接口與表達(dá)式
| 靜態(tài)函數(shù) | 表達(dá)式示例 | 作用與說明 |
|---|---|---|
| zero() | duration_values<Rep>::zero() | 返回 Rep 類型的零值表示。通常為 Rep(0)。 |
| min() | duration_values<Rep>::min() | 返回 Rep 類型能表示的最?。ㄗ钬?fù))值。 |
| max() | duration_values<Rep>::max() | 返回 Rep 類型能表示的最大值。 |
主要用途:它主要被標(biāo)準(zhǔn)庫內(nèi)部用于實(shí)現(xiàn) duration::zero()、duration::min() 和 duration::max() 成員函數(shù)。例如,duration::zero() 的實(shí)現(xiàn)通常會(huì)返回 duration(duration_values<Rep>::zero())。
自定義類型支持:如果你想用自定義類型(如高精度有理數(shù)類)作為 duration 的 Rep,可以通過特化 duration_values 來告知標(biāo)準(zhǔn)庫如何獲取該類型的這些邊界值,從而使你的類型能與 <chrono 無縫協(xié)作。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
#include<chrono>
#include <ratio>//提供編譯期有理數(shù)算術(shù)的支持。
using namespace std::chrono;
void TestDurationV()
{
// 1. 獲取基本類型的邊界值
std::cout << "duration_values<int>::zero(): "
<< duration_values<int>::zero() << "\n";
std::cout << "duration_values<int>::min(): "
<< duration_values<int>::min() << "\n";
std::cout << "duration_values<int>::max(): "
<< duration_values<int>::max() << "\n";
std::cout << "duration_values<double>::zero(): "
<< duration_values<double>::zero() << "\n";
std::cout << "duration_values<double>::min(): "
<< duration_values<double>::min() << "\n";
std::cout << "duration_values<double>::max(): "
<< duration_values<double>::max() << "\n";
// 2. 它們與 duration 的成員函數(shù)返回的時(shí)長對(duì)象的關(guān)系
// 以下兩者本質(zhì)上是等價(jià)的
auto zero_dur1 = duration<int>::zero(); // 返回 duration<int> 對(duì)象
auto zero_dur2 = duration<int>(duration_values<int>::zero()); // 顯式構(gòu)造
std::cout << "duration<int>::zero().count(): "
<< zero_dur1.count() << "\n";
std::cout << "手動(dòng)構(gòu)造的零時(shí)長 count(): "
<< zero_dur2.count() << "\n";
}結(jié)果為:

時(shí)間點(diǎn)
time_point
這是最核心的類模板,它將一個(gè)時(shí)鐘(Clock)和一個(gè)時(shí)長(Duration)結(jié)合起來,表示相對(duì)于該時(shí)鐘紀(jì)元(epoch)的一個(gè)具體時(shí)間點(diǎn)。
template<class Clock, class Duration = typename Clock::duration> class time_point;
- Clock:關(guān)聯(lián)的時(shí)鐘類型,如 system_clock、steady_clock。它定義了時(shí)間點(diǎn)的原點(diǎn)(紀(jì)元)。
- Duration:用于度量從紀(jì)元到該時(shí)間點(diǎn)的時(shí)長的類型,默認(rèn)為時(shí)鐘的 duration 類型(通常是 microseconds 或 nanoseconds)。
核心接口與表達(dá)式
| 接口類別 | 表達(dá)式/代碼示例 | 作用與說明 |
|---|---|---|
| 構(gòu)造函數(shù) | time_point<Clock, Duration> tp; | 默認(rèn)構(gòu)造,創(chuàng)建一個(gè)值初始化的時(shí)間點(diǎn)(對(duì)于某些時(shí)鐘,表示其紀(jì)元)。 |
| time_point<Clock, Duration> tp(d); | 用 duration(從紀(jì)元開始的時(shí)長)構(gòu)造一個(gè)時(shí)間點(diǎn)。 | |
| 獲取時(shí)長 | tp.time_since_epoch() | 核心觀察函數(shù)。返回一個(gè) Duration 類型的值,表示從時(shí)鐘紀(jì)元到 tp 的時(shí)間長度。 |
| 算術(shù)運(yùn)算 | tp + d, tp - d | 時(shí)間點(diǎn) ± 時(shí)長 = 新的時(shí)間點(diǎn)。d 是 duration 類型。 |
| tp1 - tp2 | 兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)相減,得到一個(gè) duration 對(duì)象,表示它們之間的時(shí)間間隔。要求兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)使用相同的時(shí)鐘。 | |
| 比較運(yùn)算 | tp1 == tp2, tp1 < tp2 | 比較兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的先后順序(要求相同時(shí)鐘)。 |
| 單位轉(zhuǎn)換 | time_point_cast<duration>(tp) | 將時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)部時(shí)長單位顯式轉(zhuǎn)換為另一種 duration 類型(可能截?cái)啵?/td> |
| floor<duration>(tp), ceil<duration>(tp) | (C++17/20) 將時(shí)間點(diǎn)向下、向上取整到指定的時(shí)長精度。 | |
| 特殊值 | time_point::min() | 返回該時(shí)鐘能表示的最早時(shí)間點(diǎn)(通常是非常久遠(yuǎn)的過去)。 |
| time_point::max() | 返回該時(shí)鐘能表示的最晚時(shí)間點(diǎn)。 |
示例代碼:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
using namespace std::chrono;
void TestTimePoint()
{
// 1. 獲取當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)(基于 system_clock)
system_clock::time_point now = system_clock::now();
std::cout << "當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)已獲取\n";
// 2. 獲取從紀(jì)元到現(xiàn)在的時(shí)長
auto since_epoch = now.time_since_epoch();
std::cout << "從紀(jì)元至今已過去 "
<< duration_cast<seconds>(since_epoch).count() << " 秒\n";
// 3. 時(shí)間點(diǎn)算術(shù):計(jì)算 1 小時(shí)后的時(shí)間點(diǎn)
system_clock::time_point one_hour_later = now + hours(1);
std::cout << "1 小時(shí)后的時(shí)間點(diǎn)已計(jì)算\n";
// 4. 時(shí)間點(diǎn)減法:計(jì)算兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的間隔
auto diff = one_hour_later - now;
std::cout << "時(shí)間間隔為 " << duration_cast<minutes>(diff).count() << " 分鐘\n";
// 5. 時(shí)間點(diǎn)比較
if (one_hour_later > now)
{
std::cout << "1小時(shí)后確實(shí)晚于現(xiàn)在\n";
}
// 6. 單位轉(zhuǎn)換示例
auto now_ms = time_point_cast<milliseconds>(now);
std::cout << "當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的毫秒精度計(jì)數(shù): "
<< now_ms.time_since_epoch().count() << " ms\n";
// 7. 休眠示例(演示時(shí)間點(diǎn)與實(shí)際等待)
auto start = steady_clock::now();
std::this_thread::sleep_for(milliseconds(100));
auto end = steady_clock::now();
std::cout << "休眠了 "
<< duration_cast<microseconds>(end - start).count()
<< " 微秒\n";
}結(jié)果為:

clock_time_conversion
這是一個(gè)特性類(trait),它提供了在不同時(shí)鐘的時(shí)間點(diǎn)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的機(jī)制。在C++20中,隨著新時(shí)鐘(如 utc_clock)的引入,這個(gè)類變得尤為重要。標(biāo)準(zhǔn)庫通過特化為特定的時(shí)鐘對(duì)提供轉(zhuǎn)換邏輯。
template<class Dest, class Source> struct clock_time_conversion;
Dest 和 Source:通常是時(shí)鐘類型。這個(gè)模板本身沒有定義通用的轉(zhuǎn)換,而是通過為特定的時(shí)鐘對(duì)提供特化來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換邏輯。
核心接口與表達(dá)式
這個(gè)類的主要接口是一個(gè)函數(shù)調(diào)用運(yùn)算符(operator()),它接受一個(gè)源時(shí)鐘的時(shí)間點(diǎn),并返回目標(biāo)時(shí)鐘的時(shí)間點(diǎn)(或是一個(gè)能轉(zhuǎn)換為時(shí)間點(diǎn)的類型,如 sys_time)。
| 表達(dá)式 | 作用與說明 |
|---|---|
| 通用形式 | clock_time_conversion<Dest, Source>{} 創(chuàng)建一個(gè)轉(zhuǎn)換器對(duì)象。 |
| converter(tp_source) 執(zhí)行實(shí)際的轉(zhuǎn)換。 | |
| C++20 常用轉(zhuǎn)換示例 | clock_time_conversion<system_clock, utc_clock>{}(utc_tp):將 utc_time 轉(zhuǎn)換為 sys_time。 |
| clock_time_conversion<utc_clock, system_clock>{}(sys_tp):將 sys_time 轉(zhuǎn)換為 utc_time。 | |
| clock_time_conversion<system_clock, tai_clock>{}(tai_tp):將 tai_time 轉(zhuǎn)換為 sys_time。 | |
| 便捷函數(shù) | clock_cast<Dest>(tp_source) (C++20):這是 clock_time_conversion 的簡化包裝,使用更直觀。例如 clock_cast<utc_clock>(sys_tp)。 |
示例代碼:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
using namespace std::chrono;
void TestCTC()
{
// 獲取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間點(diǎn)(UTC 時(shí)間)
auto sys_now = system_clock::now();
// 1. 使用 clock_cast 將系統(tǒng)時(shí)間轉(zhuǎn)換為 UTC 時(shí)鐘的時(shí)間點(diǎn)
utc_clock::time_point utc_now = clock_cast<utc_clock>(sys_now);
std::cout << "系統(tǒng)時(shí)間已轉(zhuǎn)換為 UTC 時(shí)間\n";
// 2. 使用 clock_time_conversion 直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換(等價(jià)于 clock_cast)
clock_time_conversion<utc_clock, system_clock> converter;
utc_clock::time_point utc_now2 = converter(sys_now);
std::cout << "使用轉(zhuǎn)換器再次轉(zhuǎn)換成功\n";
// 3. 轉(zhuǎn)換回系統(tǒng)時(shí)間
auto sys_now2 = clock_cast<system_clock>(utc_now);
if (sys_now == sys_now2)
{
std::cout << "往返轉(zhuǎn)換后時(shí)間點(diǎn)一致\n";
}
// 4. 與 TAI 時(shí)間互轉(zhuǎn)(展示不同時(shí)鐘系統(tǒng))
tai_clock::time_point tai_now = clock_cast<tai_clock>(sys_now);
std::cout << "系統(tǒng)時(shí)間已轉(zhuǎn)換為 TAI 時(shí)間\n";
// 計(jì)算當(dāng)前 UTC 和 TAI 的偏移(通常為 37 秒,因跳秒而變)
auto offset = tai_now - clock_cast<tai_clock>(utc_now);
std::cout << "當(dāng)前 UTC 與 TAI 偏移: "
<< duration_cast<seconds>(offset).count() << " 秒\n";
}結(jié)果為:

時(shí)鐘
在 <chrono 中,一個(gè)時(shí)鐘類通常提供以下核心接口(以靜態(tài)成員的形式):
| 接口 | 表達(dá)式 | 作用與說明 |
|---|---|---|
| 當(dāng)前時(shí)間點(diǎn) | clock::now() | 靜態(tài)成員函數(shù),返回當(dāng)前時(shí)刻的 time_point。這是最常用的接口。 |
| 時(shí)間點(diǎn)類型 | clock::time_point | 該時(shí)鐘專屬的時(shí)間點(diǎn)類型,通常是 time_point<clock> 的別名。 |
| 時(shí)長類型 | clock::duration | 該時(shí)鐘的“原生”精度(tick周期),通常是 duration 的別名,如 microseconds。 |
| 周期類型 | clock::period | 即 duration 的 Period 模板參數(shù),一個(gè) ratio 類型,表示 tick 周期(秒)。 |
| 是否穩(wěn)定 | clock::is_steady | 布爾值常量。true 表示該時(shí)鐘是單調(diào)的(不會(huì)向后調(diào)整),適合測量時(shí)間間隔。 |
C++11 的基礎(chǔ)三時(shí)鐘
這三個(gè)時(shí)鐘從 C++11 起就存在,覆蓋了絕大多數(shù)日常使用場景。
| 時(shí)鐘名稱 | 核心特性 | 典型用途 | 是否穩(wěn)定 (is_steady) |
|---|---|---|---|
| system_clock | 表示系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘(掛鐘時(shí)間),通?;?Unix 時(shí)間戳(1970-01-01 00:00:00 UTC)。 | 獲取當(dāng)前日期時(shí)間、與日歷交互、需要存儲(chǔ)或展示給用戶的時(shí)間。 | 通常為 false(管理員可修改系統(tǒng)時(shí)間) |
| steady_clock | 單調(diào)時(shí)鐘,保證只能向前移動(dòng),不受系統(tǒng)時(shí)間調(diào)整影響。 | 測量時(shí)間間隔、性能測試、超時(shí)計(jì)時(shí)。 | true |
| high_resolution_clock | 當(dāng)前設(shè)置下具有最高精度的時(shí)鐘。通常是 system_clock 或 steady_clock 的別名。 | 需要最高精度計(jì)時(shí)的場景(但請(qǐng)注意,精度和穩(wěn)定性需查閱具體實(shí)現(xiàn))。 | 取決于其底層別名 |
示例代碼:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
using namespace std::chrono;
//C++11的基礎(chǔ)時(shí)鐘
void TestClocks11()
{
// 1. system_clock: 獲取當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)并轉(zhuǎn)換為可讀形式
auto sys_now = system_clock::now();
std::time_t sys_now_c = system_clock::to_time_t(sys_now);
std::cout << "system_clock 當(dāng)前時(shí)間: " << std::ctime(&sys_now_c);
// 2. steady_clock: 測量代碼塊執(zhí)行時(shí)間
auto start = steady_clock::now();
std::this_thread::sleep_for(milliseconds(100)); // 模擬工作
auto end = steady_clock::now();
auto elapsed = duration_cast<microseconds>(end - start);
std::cout << "steady_clock 測量耗時(shí): " << elapsed.count() << " us\n";
// 3. high_resolution_clock: 最高精度計(jì)時(shí)(用法與 steady_clock 類似)
auto hr_start = high_resolution_clock::now();
// ... 一些工作 ...
auto hr_end = high_resolution_clock::now();
auto hr_elapsed = duration_cast<nanoseconds>(hr_end - hr_start);
std::cout << "high_resolution_clock 耗時(shí): " << hr_elapsed.count() << " ns\n";
// 4. 檢查時(shí)鐘的穩(wěn)定性
std::cout << std::boolalpha;
std::cout << "system_clock 是否穩(wěn)定: " << system_clock::is_steady << "\n";
std::cout << "steady_clock 是否穩(wěn)定: " << steady_clock::is_steady << "\n";
}結(jié)果為:

C++20 新增的專業(yè)時(shí)鐘
C++20 極大地?cái)U(kuò)展了時(shí)鐘家族,引入了處理不同時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的能力,主要面向科學(xué)計(jì)算、衛(wèi)星通信等專業(yè)領(lǐng)域。
| 時(shí)鐘名稱 | 核心特性與用途 |
|---|---|
| utc_clock | 協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)。它處理跳秒(leap second),能精確表示閏秒時(shí)刻。now() 返回 utc_time。 |
| tai_clock | 國際原子時(shí)(TAI)。它是連續(xù)的時(shí)間尺度,沒有跳秒,與 UTC 有固定偏移(當(dāng)前為 37 秒)。 |
| gps_clock | 全球定位系統(tǒng)時(shí)(GPS)。它與 TAI 有固定偏移(TAI = GPS + 19 秒),起點(diǎn)為 1980-01-06。 |
| file_clock | 用于文件系統(tǒng)時(shí)間戳的時(shí)鐘別名。它提供了與 system_clock 相互轉(zhuǎn)換的便捷方法 to_sys()/from_sys(),以處理不同操作系統(tǒng)的文件時(shí)間紀(jì)元。 |
| local_t | 這是一個(gè)偽時(shí)鐘(pseudo-clock),它本身不提供 now() 函數(shù)。它用于標(biāo)記一個(gè)時(shí)間點(diǎn)是與本地時(shí)間(未指定時(shí)區(qū))關(guān)聯(lián)的,需要配合時(shí)區(qū)庫(如 zoned_time)才有實(shí)際意義。 |
示例代碼:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
using namespace std::chrono;
//C++20的時(shí)鐘
void TestClocks20()
{
// 1. 獲取當(dāng)前 UTC 時(shí)間
auto utc_now = utc_clock::now();
std::cout << "UTC 時(shí)間已獲取\n";
// 2. 獲取當(dāng)前 TAI 時(shí)間
auto tai_now = tai_clock::now();
std::cout << "TAI 時(shí)間已獲取\n";
// 3. 時(shí)鐘轉(zhuǎn)換 (C++20 的 clock_cast)
auto sys_from_utc = clock_cast<system_clock>(utc_now);
auto sys_from_tai = clock_cast<system_clock>(tai_now);
std::cout << "UTC 和 TAI 時(shí)間已轉(zhuǎn)換為 system_clock\n";
// 4. file_clock 的使用
auto file_now = file_clock::now();
auto sys_from_file = clock_cast<system_clock>(file_now); // 或 clock_cast<system_clock>
std::cout << "文件時(shí)間已轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)時(shí)間\n";
// 5. 注意:local_t 不能直接調(diào)用 now()
// auto local_now = local_t::now(); // 編譯錯(cuò)誤
// 它通常與 zoned_time 配合使用
}示例代碼:

輔助模板:is_clock與is_clock_v
這是 C++20 引入的一個(gè)類型特征,用于在編譯期判斷一個(gè)類型是否符合時(shí)鐘的要求。
| 表達(dá)式 | 作用與說明 |
|---|---|
| is_clock<T>::value | 如果類型 T 滿足時(shí)鐘的所有要求(嵌套類型 duration、rep、period、time_point 以及靜態(tài)函數(shù) now() 等),則為 true。 |
| is_clock_v<T> | 輔助變量模板,等同于 is_clock<T>::value。 |
示例代碼:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
using namespace std::chrono;
//C++20輔助模板——檢測是否為時(shí)鐘類型
class MYclass
{};
void TestCheck()
{
std::cout << std::boolalpha;
std::cout << "is_clock_v<system_clock>: "
<< std::chrono::is_clock_v<std::chrono::system_clock> << "\n"; // true
std::cout << "is_clock_v<MYclass>: "
<< std::chrono::is_clock_v<MYclass> << "\n"; // false
}結(jié)果為:

日歷
日歷基礎(chǔ)類型
這些是構(gòu)成日期的基本原子類型,每個(gè)都封裝了特定的日歷字段。
| 類型名稱 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 核心接口與表達(dá)式 | 作用與說明 |
|---|---|---|---|
| day | C++20 | day d(21); | 構(gòu)造一個(gè)表示某日的對(duì)象(1-31)。 |
| d.ok() | 檢查該日是否有效(如 2月30日返回 false)。 | ||
| d == day(21) | 比較兩個(gè)日是否相等。 | ||
| d += days(1) | 日期的加減運(yùn)算(會(huì)進(jìn)位到月份)。 | ||
| month | C++20 | month m(5); 或 month m = May; | 構(gòu)造一個(gè)表示某月的對(duì)象(1-12)。標(biāo)準(zhǔn)庫提供了 January 到 December 常量。 |
| m.ok() | 檢查月份是否在有效范圍(1-12)。 | ||
| m == May | 比較月份。 | ||
| year | C++20 | year y(2024); 或 2024y(字面量) | 構(gòu)造一個(gè)表示年份的對(duì)象。 |
| y.is_leap() | 判斷該年是否為閏年。 | ||
| y.ok() | 檢查年份是否在 [-32767, 32767] 范圍內(nèi)(通常夠用了)。 | ||
| weekday | C++20 | weekday wd(3); 或 wd = Wednesday; | 構(gòu)造一個(gè)表示星期幾的對(duì)象(0=周日,1=周一...6=周六)。有 Sunday..Saturday 常量。 |
| wd.c_encoding() | 返回 C 風(fēng)格的編碼(0-6,周日為0)。 | ||
| wd.iso_encoding() | 返回 ISO 風(fēng)格的編碼(1-7,周一為1,周日為7)。 | ||
| wd.ok() | 檢查是否有效。 | ||
| last_spec | C++20 | last(單例常量) | 一個(gè)標(biāo)簽類型,用于表示“月份的最后一天”或“最后一個(gè) weekday”。例如 May/last 表示5月31日。 |
日歷復(fù)合類型
這些類型組合基礎(chǔ)元素,表示更豐富的日期概念。
| 類型名稱 | 核心接口與表達(dá)式 | 作用與說明 |
|---|---|---|
| month_day | month_day md = May/21d; | 表示“月/日”組合(無年份)。用于描述每年的固定日期,如圣誕節(jié)。 |
| md.ok() | 檢查是否有效(如 2月30日無效)。 | |
| month_day_last | month_day_last mdl = May/last; | 表示某個(gè)月的最后一天(無年份)。 |
| year_month | year_month ym = 2024y/May; | 表示“年/月”組合。 |
| ym.ok() | 檢查年月是否有效。 | |
| ym + months(1) | 加減月份,自動(dòng)處理年份進(jìn)位。 | |
| year_month_day | year_month_day ymd = 2024y/May/21d; | 最常用的完整日期類型。 |
| ymd.ok() | 檢查日期是否有效(處理閏年等)。 | |
| ymd.year(), ymd.month(), ymd.day() | 分別獲取年、月、日字段。 | |
| sys_days{ymd} | 轉(zhuǎn)換為 system_clock 的時(shí)間點(diǎn)(基于 days 精度),便于與舊代碼交互。 | |
| year_month_day_last | year_month_day_last ymdl = 2024y/May/last; | 表示某年某月的最后一天。 |
| ymdl.day() | 獲取該月的最后一天是幾號(hào)(例如 2024y/February/last 返回 29)。 | |
| year_month_weekday | year_month_weekday ymwd = 2024y/May/Wednesday[3]; | 表示“某年某月的第N個(gè)星期W”,如2024年5月的第三個(gè)星期三。 |
| year_month_weekday_last | year_month_weekday_last ymwdl = 2024y/May/Wednesday[last]; | 表示“某年某月的最后一個(gè)星期W”。 |
| month_weekday | month_weekday mwd = May/Wednesday[3]; | 表示“某月的第N個(gè)星期W”(無年份)。 |
| month_weekday_last | month_weekday_last mwdl = May/Wednesday[last]; | 表示“某月的最后一個(gè)星期W”(無年份)。 |
關(guān)鍵運(yùn)算符與函數(shù)
日歷類型之所以強(qiáng)大,很大程度上歸功于重載的運(yùn)算符。
| 類別 | 表達(dá)式 | 作用與說明 |
|---|---|---|
| 創(chuàng)建運(yùn)算符 | / | 最重要的創(chuàng)建語法。/ 被重載用于組合年、月、日,順序任意,如 2024y/May/21d、21d/May/2024、May/21d/2024 均合法。 |
| 算術(shù)運(yùn)算 | +, - | 可以對(duì) year_month 加減 months 或 years;對(duì) year_month_day 加減 days、months 或 years。 |
| 比較運(yùn)算 | ==, !=, <, <=, >, >= | 所有日歷類型都支持全系列的比較運(yùn)算符,按日歷順序比較。 |
| 差值運(yùn)算 | - | 兩個(gè) year_month_day 相減,返回 days 類型的時(shí)長。 |
| 流輸出 | << | 大多數(shù)日歷類型都重載了 <<,可以直接 std::cout << ymd;,輸出格式為 YYYY-MM-DD。 |
代碼示例:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std::chrono;
using namespace std::literals; // 用于 "y" 和 "d" 字面量
int main()
{
// 1. 創(chuàng)建日期的多種方式
auto ymd1 = 2024y / May / 21d; // 最直觀
auto ymd2 = 21d / May / 2024; // 順序可調(diào)
auto ymd3 = year_month_day{ 2024y, May, 21d }; // 顯式構(gòu)造
std::cout << "ymd1 = " << ymd1 << "\n"; // 輸出: 2024-05-21
std::cout << "ymd2 = " << ymd2 << "\n";
std::cout << "ymd3 = " << ymd3 << "\n";
// 2. 訪問日期字段
std::cout << "年份: " << ymd1.year() << "\n";
std::cout << "月份: " << ymd1.month() << "\n";
std::cout << "日: " << ymd1.day() << "\n";
// 3. 日期算術(shù)
auto ymd_next_month = ymd1 + months(1);
std::cout << "下個(gè)月: " << ymd_next_month << "\n"; // 2024-06-21
auto ymd_next_year = ymd1 + years(1);
std::cout << "明年: " << ymd_next_year << "\n"; // 2025-05-21
//將 year_month_day 顯式轉(zhuǎn)換為 sys_days,進(jìn)行天數(shù)算術(shù),再隱式轉(zhuǎn)換回來
auto ymd_next_week = year_month_day{ sys_days{ymd1} + days(7) };
std::cout << "一周后: " << ymd_next_week << "\n"; // 2024-05-28
// 4. 處理特殊日期:某月最后一天
auto last_day_of_feb_2024 = 2024y / February / last;
std::cout << "2024年2月最后一天: " << last_day_of_feb_2024 << "\n"; // 2024-02-29 (閏年)
std::cout << "那天是星期幾? " << weekday{ last_day_of_feb_2024 } << "\n"; // 轉(zhuǎn)換為 weekday
// 5. 處理復(fù)雜規(guī)則:某月的第N個(gè)星期W
auto third_wed_may_2024 = 2024y / May / Wednesday[3];
std::cout << "2024年5月第三個(gè)星期三: " << third_wed_may_2024 << "\n";
// 6. 檢查日期有效性
year_month_day invalid_date = 2024y / February / 30d;
std::cout << "2024-02-30 有效嗎? " << std::boolalpha << invalid_date.ok() << "\n"; // false
// 7. 轉(zhuǎn)換為 time_point (用于與 system_clock 交互)
sys_days tp = sys_days{ ymd1 }; // 轉(zhuǎn)換為基于 days 的時(shí)間點(diǎn)
std::cout << "時(shí)間點(diǎn) (自紀(jì)元天數(shù)): " << tp.time_since_epoch().count() << " 天\n";
// 8. 兩個(gè)日期相減得到天數(shù)間隔
auto xmas = 2024y / December / 25d;
auto days_until_xmas = sys_days{ xmas } - sys_days{ ymd1 };
std::cout << "距離2024年圣誕節(jié)還有: " << days_until_xmas.count() << " 天\n";
// 9. 使用 weekday 計(jì)算下一個(gè)周五
weekday today = weekday{ ymd1 }; // 2024-05-21 是星期二
weekday fri = Friday;
auto days_until_fri = (fri - today).count(); // weekday 差值
if (days_until_fri <= 0) days_until_fri += 7;
std::cout << "下一個(gè)周五在 " << days_until_fri << " 天后\n";
return 0;
}結(jié)果為:

函數(shù)
時(shí)長(Duration)操作函數(shù)
這些函數(shù)用于操作 duration 對(duì)象,進(jìn)行轉(zhuǎn)換、取整和算術(shù)運(yùn)算。
| 函數(shù)表達(dá)式 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 簡要說明 |
|---|---|---|
| duration_cast<ToDuration>(d) | C++11 | 將時(shí)長 d 轉(zhuǎn)換為其他單位,截?cái)嗳≌ㄏ蛄悖?/td> |
| floor<ToDuration>(d) | C++17 | 將時(shí)長 d 向下取整(負(fù)無窮方向)到目標(biāo)單位。 |
| ceil<ToDuration>(d) | C++17 | 將時(shí)長 d 向上取整(正無窮方向)到目標(biāo)單位。 |
| round<ToDuration>(d) | C++17 | 將時(shí)長 d 四舍五入到目標(biāo)單位,中間情況向偶數(shù)舍入。 |
| abs(d) | C++17 | 返回時(shí)長 d 的絕對(duì)值。 |
| d1 + d2, d1 - d2 | C++11 | 時(shí)長之間的加減法。 |
| d * n, n * d, d / n | C++11 | 時(shí)長與標(biāo)量的乘除法。 |
| d1 == d2, d1 < d2, 等 | C++11 | 時(shí)長之間的比較運(yùn)算符。 |
時(shí)間點(diǎn)(Time Point)操作函數(shù)
這些函數(shù)用于操作 time_point 對(duì)象,進(jìn)行算術(shù)、轉(zhuǎn)換和取整。
| 函數(shù)表達(dá)式 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 簡要說明 |
|---|---|---|
| time_point_cast<ToDuration>(tp) | C++11 | 將時(shí)間點(diǎn) tp 的內(nèi)部時(shí)長單位轉(zhuǎn)換為另一種 duration(截?cái)啵?/td> |
| floor<ToDuration>(tp) | C++17 | 將時(shí)間點(diǎn) tp 向下取整到指定的時(shí)長精度。 |
| ceil<ToDuration>(tp) | C++17 | 將時(shí)間點(diǎn) tp 向上取整到指定的時(shí)長精度。 |
| round<ToDuration>(tp) | C++17 | 將時(shí)間點(diǎn) tp 四舍五入到指定的時(shí)長精度。 |
| tp + d, tp - d | C++11 | 時(shí)間點(diǎn)與時(shí)長相加/減,得到新的時(shí)間點(diǎn)。 |
| tp1 - tp2 | C++11 | 兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)相減,得到 duration 間隔。 |
| tp1 == tp2, tp1 < tp2, 等 | C++11 | 時(shí)間點(diǎn)之間的比較運(yùn)算符。 |
| clock_cast<DestClock>(tp) | C++20 | 將時(shí)間點(diǎn)在不同時(shí)鐘(如 system_clock、utc_clock)之間轉(zhuǎn)換。 |
日歷(Calendar)操作函數(shù)
C++20引入,用于操作日期類型,提供算術(shù)和比較功能。每個(gè)主要類型都有一組對(duì)應(yīng)的運(yùn)算符。
| 函數(shù)表達(dá)式類別 | 涉及類型示例 | 簡要說明 |
|---|---|---|
| 算術(shù)運(yùn)算 | day + days, month + months, year + years, year_month + months, year_month_day + years/months, 等 | 對(duì)日歷類型進(jìn)行加減運(yùn)算,自動(dòng)處理進(jìn)位(如月份加1跨年)。 |
| 比較運(yùn)算 | day == day, month != month, year < year, year_month_day <= year_month_day, 等 | 所有日歷類型都支持完整的比較運(yùn)算符。 |
| 差值運(yùn)算 | year_month_day - year_month_day | 返回 days 類型,表示兩個(gè)日期的天數(shù)差。 |
| 創(chuàng)建語法 | year/month/day, day/month/year, month/day/year | 重載的 / 運(yùn)算符,用于直觀地創(chuàng)建日期組合。 |
輸入/輸出(I/O)函數(shù)
這些函數(shù)用于將 <chrono 類型格式化輸出到流,或從流解析。
| 函數(shù)表達(dá)式 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 簡要說明 |
|---|---|---|
| operator<<(os, duration) | C++11 | 輸出時(shí)長(如 "5s")。 |
| operator<<(os, sys_time), operator<<(os, utc_time), 等 | C++20 | 輸出各種時(shí)鐘的時(shí)間點(diǎn)。 |
| operator<<(os, day), operator<<(os, month), operator<<(os, year), operator<<(os, year_month_day), 等 | C++20 | 輸出所有日歷類型。 |
| operator<<(os, hh_mm_ss) | C++20 | 輸出時(shí)刻(如 "12:30:45.123")。 |
| operator<<(os, sys_info), operator<<(os, local_info) | C++20 | 輸出時(shí)區(qū)信息。 |
| from_stream(is, fmt, day), from_stream(is, fmt, year_month_day), 等 | C++20 | 從輸入流按照指定格式解析日歷類型。 |
| parse(fmt, tp) | C++20 | 返回一個(gè)用于解析的占位符,常與 from_stream 配合。 |
字面量(Literals)運(yùn)算符
定義在內(nèi)聯(lián)命名空間 std::literals::chrono_literals 中,用于便捷書寫時(shí)長和年份。
| 字面量運(yùn)算符 | 引入標(biāo)準(zhǔn) | 返回類型/說明 |
|---|---|---|
| operator""h | C++14 | 返回 hours(小時(shí)時(shí)長) |
| operator""min | C++14 | 返回 minutes(分鐘時(shí)長) |
| operator""s | C++14 | 返回 seconds(秒時(shí)長) |
| operator""ms | C++14 | 返回 milliseconds(毫秒時(shí)長) |
| operator""us | C++14 | 返回 microseconds(微秒時(shí)長) |
| operator""ns | C++14 | 返回 nanoseconds(納秒時(shí)長) |
| operator""y | C++20 | 返回 year(年份) |
測試
日期計(jì)算
以下代碼需要C++20才能編譯通過
Date.h
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <chrono>
#include <iostream>
#include <string>
#include< cassert >
class Date {
private:
std::chrono::year_month_day ymd_;
public:
// 1. 構(gòu)造函數(shù)
// 從 std::chrono::year_month_day 構(gòu)造(隱式轉(zhuǎn)換允許)
Date(const std::chrono::year_month_day& ymd) : ymd_(ymd) {
if (!ymd_.ok()) {
throw std::invalid_argument("Invalid date");
}
}
// 從年、月、日整數(shù)構(gòu)造
Date(int year, int month, int day)
: Date(std::chrono::year{ year } / month / day) {
}
// 2. 靜態(tài)工廠:獲取當(dāng)前日期
static Date today() {
auto now = std::chrono::system_clock::now();
auto today_days = std::chrono::floor<std::chrono::days>(now);
return Date{ std::chrono::year_month_day{today_days} };
}
// 3. 訪問器
int year() const { return static_cast<int>(ymd_.year()); }
unsigned month() const { return static_cast<unsigned>(ymd_.month()); }
unsigned day() const { return static_cast<unsigned>(ymd_.day()); }
// 獲取星期幾 (Sunday = 0, Monday = 1, ..., Saturday = 6)
unsigned weekday() const {
std::chrono::weekday wd{ std::chrono::sys_days{ymd_} };
return wd.c_encoding(); // 返回 0-6
}
// 判斷是否為閏年
bool isLeapYear() const { return ymd_.year().is_leap(); }
// 4. 日期算術(shù)運(yùn)算符
// 加天數(shù)
Date operator+(const std::chrono::days& d) const {
auto sd = std::chrono::sys_days{ ymd_ } + d;
return Date{ std::chrono::year_month_day{sd} };
}
// 減天數(shù)
Date operator-(const std::chrono::days& d) const {
return *this + (-d);
}
// 加月份
Date operator+(const std::chrono::months& m) const {
auto new_ymd = ymd_ + m;
// 處理可能的無效日期(如 1月31日 + 1個(gè)月 = 2月31日,會(huì)調(diào)整到2月最后一天)
if (!new_ymd.ok()) {
new_ymd = new_ymd.year() / new_ymd.month() / std::chrono::last;
}
return Date{ new_ymd };
}
// 減月份
Date operator-(const std::chrono::months& m) const {
return *this + (-m);
}
// 加年份
Date operator+(const std::chrono::years& y) const {
auto new_ymd = ymd_ + y;
// 處理閏年2月29日的情況
if (!new_ymd.ok()) {
new_ymd = new_ymd.year() / new_ymd.month() / std::chrono::last;
}
return Date{ new_ymd };
}
// 減年份
Date operator-(const std::chrono::years& y) const {
return *this + (-y);
}
// 復(fù)合賦值運(yùn)算符(可選)
Date& operator+=(const std::chrono::days& d) { return *this = *this + d; }
Date& operator-=(const std::chrono::days& d) { return *this = *this - d; }
Date& operator+=(const std::chrono::months& m) { return *this = *this + m; }
Date& operator-=(const std::chrono::months& m) { return *this = *this - m; }
Date& operator+=(const std::chrono::years& y) { return *this = *this + y; }
Date& operator-=(const std::chrono::years& y) { return *this = *this - y; }
// 5. 比較運(yùn)算符(C++20 可以自動(dòng)生成,但為清晰顯式聲明)
auto operator<=>(const Date&) const = default; // C++20 三路比較,自動(dòng)生成所有關(guān)系運(yùn)算符
// 6. 差值計(jì)算
// 返回兩個(gè)日期相差的天數(shù)(忽略時(shí)間部分)
std::chrono::days daysUntil(const Date& other) const {
return std::chrono::sys_days{ other.ymd_ } - std::chrono::sys_days{ ymd_ };
}
// 返回兩個(gè)日期相差的完整月份數(shù)(近似,基于日歷月)
// 注意:這不是一個(gè)精確的物理時(shí)間差,而是日歷上的月份差。
int monthsUntil(const Date& other) const {
// 簡化實(shí)現(xiàn):將年份差 * 12 + 月份差,再根據(jù)日進(jìn)行調(diào)整
int y1 = year(), m1 = month(), d1 = day();
int y2 = other.year(), m2 = other.month(), d2 = other.day();
int month_diff = (y2 - y1) * 12 + (m2 - m1);
// 如果結(jié)束日期的日號(hào)小于開始日期的日號(hào),則不滿整月
if (d2 < d1) {
--month_diff;
}
return month_diff;
}
// 7. 友元輸出運(yùn)算符
friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Date& date) {
os << date.year() << '-'
<< (date.month() < 10 ? "0" : "") << date.month() << '-'
<< (date.day() < 10 ? "0" : "") << date.day();
return os;
}
// 獲取內(nèi)部 year_month_day 的引用(用于需要直接操作底層類型的場景)
const std::chrono::year_month_day& get_ymd() const { return ymd_; }
};DateTest.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"Date.h"
using namespace std::chrono_literals; // 用于 h, min, s, ms, us, ns, y
void testDate()
{
std::cout << "=== 開始測試 Date 類 ===\n";
// 1. 構(gòu)造函數(shù)與 today()
std::cout << "1. 構(gòu)造函數(shù)測試:\n";
Date d1(2024, 5, 21);
std::cout << " d1: " << d1 << "\n";
assert(d1.year() == 2024 && d1.month() == 5 && d1.day() == 21);
auto d_today = Date::today();
std::cout << " Today: " << d_today << "\n";
// 2. 無效日期拋出異常
std::cout << "2. 無效日期測試 (2024-02-30): ";
try {
Date invalid(2024, 2, 30);
std::cout << "FAILED: 未拋出異常\n";
}
catch (const std::invalid_argument& e) {
std::cout << "PASSED: 捕獲異常 - " << e.what() << "\n";
}
catch (...) {
std::cout << "FAILED: 捕獲到未知異常\n";
}
// 3. 閏年判斷
std::cout << "3. 閏年判斷測試:\n";
assert(Date(2024, 1, 1).isLeapYear() == true);
assert(Date(2023, 1, 1).isLeapYear() == false);
assert(Date(2000, 1, 1).isLeapYear() == true);
assert(Date(1900, 1, 1).isLeapYear() == false);
std::cout << " 所有閏年判斷通過\n";
// 4. 星期幾
std::cout << "4. 星期幾測試:\n";
// 2024-05-21 是星期二 (ISO: 2, C: 2? 需要查證,我們的weekday返回c_encoding)
// 根據(jù)常識(shí),2024-05-21 是星期二,在weekday中周二對(duì)應(yīng)1(如果周日是0,周一是1,周二是2)
// 但c_encoding() 周日=0,周一=1,周二=2,周三=3,周四=4,周五=5,周六=6
assert(Date(2024, 5, 21).weekday() == 2); // 星期二
assert(Date(2024, 5, 22).weekday() == 3); // 星期三
assert(Date(2024, 5, 19).weekday() == 0); // 星期日
std::cout << " 所有星期幾判斷通過\n";
// 5. 日期算術(shù)
std::cout << "5. 日期算術(shù)測試:\n";
Date d2(2024, 5, 21);
auto d_plus_7 = d2 + std::chrono::days(7);
std::cout << " " << d2 << " + 7 days = " << d_plus_7 << "\n";
assert(d_plus_7 == Date(2024, 5, 28));
auto d_plus_1m = d2 + std::chrono::months(1);
std::cout << " " << d2 << " + 1 month = " << d_plus_1m << "\n";
assert(d_plus_1m == Date(2024, 6, 21));
auto d_plus_1y = d2 + std::chrono::years(1);
std::cout << " " << d2 << " + 1 year = " << d_plus_1y << "\n";
assert(d_plus_1y == Date(2025, 5, 21));
// 邊界測試:月末
Date d3(2024, 1, 31);
auto d_plus_1m_jan = d3 + std::chrono::months(1);
std::cout << " " << d3 << " + 1 month = " << d_plus_1m_jan << "\n";
assert(d_plus_1m_jan == Date(2024, 2, 29)); // 2024是閏年,所以是2月29日
Date d4(2023, 1, 31);
auto d_plus_1m_jan_nonleap = d4 + std::chrono::months(1);
std::cout << " " << d4 << " + 1 month = " << d_plus_1m_jan_nonleap << "\n";
assert(d_plus_1m_jan_nonleap == Date(2023, 2, 28)); // 2023非閏年,2月28日
// 跨年測試
Date d5(2024, 12, 15);
auto d_plus_2m = d5 + std::chrono::months(2);
std::cout << " " << d5 << " + 2 months = " << d_plus_2m << "\n";
assert(d_plus_2m == Date(2025, 2, 15));
// 6. 比較運(yùn)算符
std::cout << "6. 比較運(yùn)算符測試:\n";
Date d6a(2024, 5, 21);
Date d6b(2024, 5, 22);
Date d6c(2024, 5, 21);
assert(d6a == d6c);
assert(d6a != d6b);
assert(d6a < d6b);
assert(d6a <= d6c);
assert(d6b > d6a);
assert(d6b >= d6c);
std::cout << " 所有比較運(yùn)算符通過\n";
// 7. 差值計(jì)算
std::cout << "7. 差值計(jì)算測試:\n";
Date d7_start(2024, 5, 21);
Date d7_end(2024, 12, 25);
auto days_diff = d7_start.daysUntil(d7_end);
std::cout << " " << d7_start << " 到 " << d7_end << " 相差 "
<< days_diff.count() << " 天\n";
assert(days_diff.count() == 218); // 手工驗(yàn)證 5月剩余10天 + 6月30 + 7月31 + 8月31 + 9月30 + 10月31 + 11月30 + 12月25 = 218
auto months_diff = d7_start.monthsUntil(d7_end);
std::cout << " " << d7_start << " 到 " << d7_end << " 相差 "
<< months_diff << " 個(gè)整月\n";
assert(months_diff == 7); // 5月21日到12月21日是7個(gè)月,到12月25日超過21日,所以仍是7個(gè)整月
// 跨年差值
Date d7_start2(2024, 12, 25);
Date d7_end2(2025, 1, 10);
auto days_diff2 = d7_start2.daysUntil(d7_end2);
std::cout << " " << d7_start2 << " 到 " << d7_end2 << " 相差 "
<< days_diff2.count() << " 天\n";
assert(days_diff2.count() == 16); // 12月剩余7天 + 1月10天 = 16
// 8. 復(fù)合賦值
std::cout << "8. 復(fù)合賦值測試:\n";
Date d8(2024, 5, 21);
d8 += std::chrono::days(10);
std::cout << " +=10天: " << d8 << "\n";
assert(d8 == Date(2024, 5, 31));
d8 += std::chrono::months(1);
std::cout << " +=1月: " << d8 << "\n";
assert(d8 == Date(2024, 6, 30)); // 5月31日+1月 -> 6月30日
d8 -= std::chrono::years(1);
std::cout << " -=1年: " << d8 << "\n";
assert(d8 == Date(2023, 6, 30));
std::cout << "=== 所有測試通過 ===\n";
}
int main()
{
testDate();
return 0;
}結(jié)果為:

性能測試
本期我們以內(nèi)存池為例,對(duì)比其與直接向系統(tǒng)new/delete的性能差距
MemoryPool.h
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#pragma once
#include <vector>
#include <cassert>
#include <iostream>
using std::vector;
using std::cout;
using std::endl;
namespace MyMemoryPool
{
// 內(nèi)存對(duì)齊:向上取整到指定對(duì)齊值(align 必須是 2 的冪)
constexpr inline size_t align_up(size_t n, size_t align)
{
return (n + (align - 1)) & ~(align - 1);
}
// 固定大小內(nèi)存池,每個(gè)塊大小相同,按頁管理
class FixedSizePool
{
public:
// 構(gòu)造函數(shù):指定塊大小和每頁塊數(shù)(默認(rèn)1024)
explicit FixedSizePool(size_t blockSize, size_t blockPerPage = 1024)
: block_Size(adjust_block_size(blockSize)), // 確保塊至少能存一個(gè)指針并正確對(duì)齊
block_Per_Page(blockPerPage),
free_list(nullptr),
total_allocations(0),
total_deallocations(0),
page_count(0)
{
}
// 析構(gòu)函數(shù):釋放所有已分配的頁
~FixedSizePool()
{
for (void* page : Pages)
{
::operator delete[](page); // 全局釋放,避免調(diào)用析構(gòu)函數(shù)
}
}
// 分配一個(gè)塊
void* allocate()
{
if (!free_list) // 空閑鏈表為空,需要擴(kuò)充新頁
{
expand();
}
Node* head = free_list;
free_list = head->next;
++total_allocations;
return head;
}
// 回收一個(gè)塊
void deallocate(void* p)
{
if (!p) return;
Node* node = static_cast<Node*>(p);
node->next = free_list;
free_list = node;
++total_deallocations;
}
// 獲取塊大小
size_t Get_block_Size() const { return block_Size; }
size_t Get_block_Per_Page() const { return block_Per_Page; }
// 打印統(tǒng)計(jì)信息
void print_stats() const
{
std::cout << "內(nèi)存池統(tǒng)計(jì):" << std::endl;
std::cout << " 總分配次數(shù): " << total_allocations << std::endl;
std::cout << " 總釋放次數(shù): " << total_deallocations << std::endl;
std::cout << " 當(dāng)前使用中: " << (total_allocations - total_deallocations) << std::endl;
std::cout << " 頁數(shù)量: " << page_count << std::endl;
std::cout << " 內(nèi)存使用量: " << (page_count * block_Size * block_Per_Page) << " 字節(jié)" << std::endl;
}
private:
// 結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu),用于空閑鏈表
struct Node
{
Node* next;
};
// 申請(qǐng)新的一頁內(nèi)存,并將其切分為多個(gè)塊鏈入空閑鏈表
void expand()
{
size_t page_bytes = block_Size * block_Per_Page;
char* page = static_cast<char*>(::operator new[](page_bytes));
Pages.push_back(page);
++page_count;
// 將當(dāng)前頁的所有塊串聯(lián)成鏈表
for (size_t i = 0; i < block_Per_Page; ++i)
{
char* block = page + i * block_Size;
Node* n = reinterpret_cast<Node*>(block);
n->next = free_list;
free_list = n;
}
}
// 調(diào)整塊大?。捍_保至少 sizeof(void*) 并正確對(duì)齊
size_t adjust_block_size(size_t s) const
{
size_t min_size = sizeof(void*);
return align_up(s < min_size ? min_size : s, alignof(void*));
}
Node* free_list; // 空閑鏈表頭
size_t block_Size; // 實(shí)際塊大小(已調(diào)整)
size_t block_Per_Page; // 每頁塊數(shù)
vector<void*> Pages; // 記錄所有分配過的頁,用于析構(gòu)時(shí)釋放
// 統(tǒng)計(jì)變量
size_t total_allocations;
size_t total_deallocations;
size_t page_count;
};
}MPTest.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <vector>
#include "MemoryPool.h"
using namespace MyMemoryPool;
using namespace std::chrono;
// 通用測試模板:執(zhí)行 iterations 次分配和釋放,返回耗時(shí)(秒)
template <typename AllocFunc, typename DeallocFunc>
double run_test(size_t iterations, AllocFunc alloc, DeallocFunc dealloc) {
std::vector<void*> pointers;
pointers.reserve(iterations);
auto start = high_resolution_clock::now();
for (size_t i = 0; i < iterations; ++i) {
pointers.emplace_back(alloc());
}
for (void* p : pointers) {
dealloc(p);
}
auto end = high_resolution_clock::now();
duration<double> elapsed = end - start;
return elapsed.count();
}
int main() {
const size_t BLOCK_SIZE = 256; // 每個(gè)塊 256 字節(jié)
const size_t BLOCKS_PER_PAGE = 1024; // 每頁 1024 塊
const size_t ITERATIONS = 1000000; // 分配/釋放 100 萬次
std::cout << "===== 性能對(duì)比測試 =====\n";
std::cout << "塊大小: " << BLOCK_SIZE << " 字節(jié)\n";
std::cout << "每頁塊數(shù): " << BLOCKS_PER_PAGE << "\n";
std::cout << "分配/釋放次數(shù): " << ITERATIONS << "\n\n";
// 1. 內(nèi)存池測試
{
FixedSizePool pool(BLOCK_SIZE, BLOCKS_PER_PAGE);
double pool_time = run_test(ITERATIONS,
[&pool]() { return pool.allocate(); },
[&pool](void* p) { pool.deallocate(p); }
);
std::cout << "內(nèi)存池耗時(shí): " << pool_time << " 秒\n";
pool.print_stats();
}
std::cout << "\n";
// 2. 直接 new/delete 測試
{
double new_time = run_test(ITERATIONS,
[]() { return ::operator new(BLOCK_SIZE); },
[](void* p) { ::operator delete(p); }
);
std::cout << "new/delete 耗時(shí): " << new_time << " 秒\n";
}
return 0;
}結(jié)果為:

本期關(guān)于C++中<chrono>庫的介紹就到這里了。熟練運(yùn)用它可以在時(shí)間計(jì)算、性能測試燈多方面領(lǐng)域大展身手!更多相關(guān)C++高精度時(shí)間庫chrono內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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友元就是讓一個(gè)函數(shù)或者類,訪問另一個(gè)類中的私有成員;打個(gè)比方,這相當(dāng)于是說:朋友是值得信任的,所以可以對(duì)他們公開一些自己的隱私,運(yùn)算符重載的實(shí)質(zhì)就是函數(shù)重載或函數(shù)多態(tài),運(yùn)算符重載是一種形式的C++多態(tài),目的在于讓人能夠用同名的函數(shù)來完成不同的基本操作2022-04-04

