C++：Reference：chrono学习

概述

Time library

• chrono 是 header 名称，也是子命名空间的名称：此header头中的所有元素不是直接在std命名空间下定义的（这与大多数标准库一样），而是在 std::chrono命名空间下定义。
• 在 chrono header 文件中的元素是处理时间的，主要通过下面三个概念实现。
  

1：Durations

• 它测量的是时间跨度，比如：一分钟，两小时或十毫秒。
• 在这个库中，用持续时间类模板对象来表示：该模板将计数表示和周期精度相耦合（例如：10毫秒，10作为计数表示，毫秒作为周期精度）。

1.1 ：Duration构造函数

#include
#include
#include
int main()
{
	// 定义一个秒为单位来衡量时间间隔的情况。
	typedef std::chrono::duration<int> seconds_type;
	// 这里定义了一个duration类型，这个类型需要两个参数：第一个参数是时间长度的类型(int类型)，第二个参数是时间单位(这里是毫秒)
	typedef std::chrono::duration<int,std::milli> milliseconds_type;
	// 这里定义了一个duration类型，这个类型需要两个参数，第一个参数指定了时间长度的基本单位（在这里是int 表示是整数），第二个参数指定时间之间的比例关系(在这里是：std::ratio<60*60>，表示一小时等于60分钟，一分钟等于60秒)
	// 所以, houre_type表示：以小时为单位的时长，可以用来定义变量，函数返回值等等。
	typedef std::chrono::duration<int,std::ratio<60*60>> hours_type;

	hours_type h_oneday(24);  // 24h
    std::cout << h_oneday.count() << std::endl;

	seconds_type s_oneday(h_oneday);  // 86400s
    std::cout << s_oneday.count() << std::endl;

	milliseconds_type ms_day(s_oneday);
	std::cout << ms_day.count() << std::endl;
}

// 打印结果
24
86400
86400000

1.2 静态成员函数count

函数原型
constexpr rep count() const;
返回值
此duration 的计次数。

std::cout << foo.count() * milliseconds::period::num / milliseconds::period::den;

 - 这是C++ 用来输出时间间隔的代码，其中 foo是 duration类型的一个变量
 - count() 用于获取foo的时间长度数量（计次数）
 - millisseconds::period::num 和 milliseconds::period::den
 - 是C++标准库中duration常量，
 -  milliseconds 时钟周期转换为浮点数表示的秒数。其中，milliseconds::period::num 表示时钟周期中每秒的计数，milliseconds::period::den 表示秒数的计数。
 - 通过除法运算可以得到每个时钟周期所表示的秒数。

#include
#include
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;

}
//  打印结果
 duration (in periods):60000 milliseconds.
 duration (in seconds): 60 seconds.

1.3 duration_cast分析

将duration的值转换其他持续时间类型，同时也考虑它们之间的差异性。

Example
#include
#include
int main()
{
	std::chrono::seconds sec(1);  // 1s
	std::chrono::milliseconds ms = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds> (sec);
	ms += std::chrono::milliseconds(2500); // 2500 millisecond
	sec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(ms);

   std::cout << "millseconds: " << ms.count() <<std::endl;
   std::cout << "senconds: " << sec.count() << std::endl;
	
}

打印结果
illseconds: 3500
senconds: 3

2：Time points

• 它表示一个特定的时间点，比如一个人的生日，今天的黎明，或者下一班火车经过的时间点。
• 在这个库中 ：time_point 类模板的对象通过使用相对于 epoch的持续时间来表达这一点。
• 相对于epoch 持续时间： 指的是一个特定的时间：1970-01-01 00:00:00 UTC
• 在内部，该对象存储一个持续时间类型的对象，并使用Clock类型作为其 epoch的引用。
• Importantly
• A Clock class ,Such as system_clock steady_clock , high_resolution_clock or a custom clock

3：clocks

1. 它是一种框架：一种将时间点与实际物理时间联系起来的矿建
2. 此库提供了至少三个时钟，它们提供了将当前时间表示为时间点的方法：system_clock ， steady_clock , high_resolution_clock

• system_clock：它所表现的 timepoint 将关联至现行系统的即时时钟(real-time clock)， 这个clock 提供便捷函数 to_time_t() 和 from_time()_t()
• steady_clock： 它保证绝不会被调整，因此当实际时间流逝，其 timepoint 值绝不会减少，而且这些 timepoint 相对于真实时间都有稳定的前进速率
• high_resolution_clock ： 它表现的是当前系统中带有最短 tick 周期 的clock .

案例 ：

打印当前时间毫秒值，并转换成日历形式
1： 通过 system_clock::now() 获取 current time
2：定义一个 asString() 函数，它会将一个 以 system clock为依据的 timepoint 转换为 日历时间

#include
#include
#include
int main()
{

   //std::chrono::system_clock::time_point tp;
   std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> tp;
   tp = std::chrono::system_clock::now();
  // tp = std::chrono::system_clock::time_point::max();
  // tp = std::chrono::system_clock::time_point::min();
   std::time_t t = std::chrono::system_clock::to_time_t(tp);
   std::cout <<"current time: "<< t ;

    std::string ts = std::ctime(&t);
    std::cout << "\ncontain time zone(beijing time)\n"<< ts;

    std::string ts1 = std::asctime(gmtime(&t));
    std::cout << "\nUTC time\n"<< ts1;
    
     std::string ts2 = std::asctime(localtime(&t));
    std::cout << "\ncontain time zone(beijing time)\n"<< ts2;
   
}

// 打印结果
current time: 1680700886
contain time zone(beijing time)
Wed Apr  5 21:21:26 2023

UTC time
Wed Apr  5 13:21:26 2023

contain time zone(beijing time)
Wed Apr  5 21:21:26 2023

几个问题需要说明

1. std::chrono::time_point tp; 等价于 ：std::chrono::system_clock::time_point tp;

但是你不能这么定义：std::chrono::time_point tp;
这样定义会报错 ：no viable constructor or deduction guide for deduction of template arguments of ‘time_point’

2. 将 timepoint 转换成 日历时间：

1：std::time_t time = std::chrono::system_clock::to_time_t(timepoint)
2：我们采用的是 static 函数 to_time_t() ，它会将 timepoint 转换为一个 “传统C和POSIX”提供的时间类型 time_t" 的对象，而那通常表型为 自UNIX epoch 起，亦即自 1970年1月1日起 开始计算的秒数
3：然后使用 ctime(& time) 转换成 一个 日历表示法。

3. UTC 时间和 local 时间

1： std::ctime(&time) 和 std::asctime(localtime(&time)) 均表示 当地时间（即已经换算了时区）
2： std::asctime(gmtime(&t)) 表示 UTC 全球标准时间（没有换算时区）

实际应用

1：比较程序行两个时间点或计算其差距

// 定义起始时间
auto system_start = chrono::system_clock::now();
// 检查程序是否执行超过一分钟
if (std::chrono::system_clock::now() > system_start + std::chrono::minutes(1));

2：以计时器停滞线程 (Blocking with Timer)

1：Duration 和 timepoint 可用于线程或者程序(即主线程)的停滞(Block)。
2：停滞可以是无条件的，也可以是指定最大时间段，或等待一个 lock 或某条件成立，或等待另一个线程结束。

sleep_for() 和sleep_until(): 由 this_thread提供用以停滞线程
try_lock_for() 和 try_lock_until()：用来在等待一个 mutex时指定最大时间段
wait_for() 和wait_until()：用来在等待某条件成立或等待一个 future时指定最大时间段。

Explame

// 停滞当前线程(也有可能是主线程)10s
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(10))
// 停滞当前线程(也有可能是主线程)，直到system clock 来到一个“比此刻多10s”的 timepoint
std::this_thread::sleep_until(std::chrono::system_clock::now()
                  + std::chrono::seconds(10));