C/C++编程：chrono库学习

引入

• 在过去，C和POSIX提供的系统时间接口，允许从秒转换至毫秒，再至微秒，最终至纳秒，问题是每次转换就需要一个新接口
• 基于这个原因，C++11开始提供一个精度中立的程序库，称为chrono程序库，被定义于中

 

概述

• Chrono程序库的设计，是希望能够处理“timer和clock在不同系统中可能不同”的事实，同时也是为了强化实践精准度
• 为了避免像POSIX的time程序库那样每十年就引入一个新的时间类型，C++标准库的目标是提供一个精度中立概念，把duration（时间段）和timepoint（时间点）从特定clock（时钟）区分开来。最终结果就是chrono程序库核心由以下类型或概念组成：
• Chrono程序库定义在头文件中，命名空间为namespace std::chrono

 

Duration

辅助类型

 

构造函数

#include 
int main()
{
   // 方法1：手动指定单位（基本不用）
    std::chrono::duration                       twentySeconds(20);  // 20*1秒=20秒（以秒为单位）
    std::chrono::duration>    halfAMinute(0.5);   // 0.5*60秒=0.5分钟（以分钟为单位（60/1））
    std::chrono::duration> oneMillisecond(1);  //1*0.001秒=1毫秒（以毫秒为单位（1/1000））



    // 内置定义
   std::chrono::seconds      twentySeconds(20); //20秒
   std::chrono::hours        aDay(24);          //24小时
   std::chrono::milliseconds oneMillisecond(1); //1毫秒
 
    // 错误： treat_as_floating_point::value == false,
    // 此时长只允许整数计次
//  std::chrono::duration d3(3.5);
 
    // 使用小数计次的 30Hz 钟
    std::chrono::duration> hz30(3.5);
 
    // 从 3 毫秒构造 3000 微秒
    std::chrono::microseconds us = ms;
    // error: 1/1000000 is not divisible by 1/1000
//  std::chrono::milliseconds ms2 = us
    std::chrono::duration ms2 = us; // 3.0 毫秒
}

 

count

作用：返回此 duration 的嘀嗒数。

#include 
#include 
int main()
{
    std::chrono::milliseconds ms{3}; // 3 毫秒
    // 从 3 毫秒构造 6000 微秒
    std::chrono::microseconds us = 2*ms;
    // 使用分数计次的 30Hz 时钟
    std::chrono::duration> hz30(3.5);
 
    std::cout <<  "3 ms duration has " << ms.count() << " ticks\n"
              <<  "6000 us duration has " << us.count() << " ticks\n"
              <<  "3.5 30Hz duration has " << hz30.count() << " ticks\n";       
}

 

运算

运算所涉及的两个duration的单位类型可以不同，返回值单位将是两个操作数的单位的最大公约数

• 演示案例：

std::chrono::seconds      d1(42); //42秒
std::chrono::milliseconds d2(10); //10毫秒
 
d1 - d2; //返回41990个毫秒为单位的一个duration，42000-10=41990
d1 < d2; //返回false

• 演示案例：

std::chrono::duration> d1(1); //1/3秒
std::chrono::duration> d2(1); //1/5秒
 
d1 + d2; //返回8/15秒，1/3+1/5=8/15
d1 < d2; //返回false

• 你也可以将duration转换为不同的单位，只要彼此之间存在隐式转换即可。因此，你可以将小时转换为秒，但是反向不可以（详情还可以见duration_cast<>()的介绍）。例如：

std::chrono::seconds twentySeconds(20); //20分钟
std::chrono::hours   aDay(24);          //24消失
 
std::chrono::milliseconds ms;           //0毫秒
ms += twentySeconds + aDay;             //86400000毫秒
--ms;                                   //86399999毫秒
ms *= 2;                                //172839998毫秒
 
std::cout << ms.count() << " ms" << std::endl;   // 172839998ms
std::cout << std::chrono::nanoseconds(ms).count() << " ns" << std::endl;  //172839998000000 ns

• 演示案例：

template
std::ostream& operator<<(std::ostream& s, const std::chrono::duration& d)
{
    s << "[" << d.count() << " of " << R::num << "/" << R::den << "]";
    return s;
}
 
int main()
{
    std::chrono::milliseconds d(42);
    std::cout << d << std::endl;

 

 

 

duration_cast

• 在上面我们介绍过duration的类型转换，可以将一个低精度的单位类型转换为一个高精度的单位类型（例如，将分钟转换为秒，将秒转换为微秒），但是不能将一个高精度的单位类型转换为一个低精度的单位类型（例如，将微秒转换为秒，将秒转换为分钟等。因为这可能会造成数据的丢失，例如将42010毫秒转换为秒，结果是42，那么原本的10毫秒就丢失了）
• 如果想要将高精度的单位类型转换为一个低精度的单位类型，那么可以使用duration_cast<>进行强制转换

std::chrono::seconds sec(55);
 
//错误的，默认不能将秒转换为分钟
std::chrono::minutes m1 = sec;
 
//正确的，可以使用duration_cast，将秒转换为分钟
std::chrono::minutes m2 = std::chrono::duration_cast(sec);

• 将浮点数类型的duration转换为整数类型的duration也需要使用duration_cast<>。例如：

std::chrono::duration> halfMin(0.5);
 
//错误，halfMin的tick为double类型，s1的tick默认为int类型
std::chrono::seconds s1 = halfMin;
 
//正确，使用duration_cast强制转换
std::chrono::seconds s2 = std::chrono::duration_cast(halfMin);

 

• 演示案例：

#include 
#include 
#include 
#include 
 
void f()
{
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
}
 
int main()
{
    auto t1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    f();
    auto t2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
 
    // 整数时长：要求 duration_cast
    auto int_ms = std::chrono::duration_cast(t2 - t1);
 
    // 小数时长：不要求 duration_cast
    std::chrono::duration fp_ms = t2 - t1;
 
    std::cout << "f() took " << fp_ms.count() << " ms, "
              << "or " << int_ms.count() << " whole milliseconds\n";
}

 

 

#include 
#include 
int main()
{
    // 简单算术
    std::chrono::seconds s = std::chrono::hours(1) 
                             + 2*std::chrono::minutes(10)
                             + std::chrono::seconds(70)/10;
 
    std::cout << "1 hour + 2*10 min + 70/10 sec = " << s.count() << " seconds\n";
 
    // 时长除以一个数和时长除以另一时长的区别
    std::cout << "Dividing that by 2 minutes gives "
              << s / std::chrono::minutes(2) << '\n';
    std::cout << "Dividing that by 2 gives "
              << (s / 2).count() << " seconds\n";
 
   // 余数运算符在确定此特定时长在时间框架的场合有用，
   // 例如，拆分它为时、分和秒：
   std::cout << s.count() << " seconds is "
             << std::chrono::duration_cast(s).count() << " hours, "
             << std::chrono::duration_cast(s % std::chrono::hours(1)).count() << " minutes, "
             << std::chrono::duration_cast(s % std::chrono::minutes(1)).count() << " seconds\n";
}

比较大小

#include 
#include 
int main()
{
    if(std::chrono::seconds(2) == std::chrono::milliseconds(2000))
        std::cout <<  "2 s == 2000 ms\n";
    else
        std::cout <<  "2 s != 2000 ms\n";
 
    if(std::chrono::seconds(61) > std::chrono::minutes(1))
        std::cout <<  "61 s > 1 min\n";
    else
        std::cout <<  "61 s <= 1 min\n";
 
}