【C++】POCO学习总结（十六）：随机数、密码、时间戳、日期和时间（格式化与解析）、时区、本地时间

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1、Poco::Random 随机数

1.1 说明

POCO包括一个伪随机数生成器(PRNG)，使用非线性加性反馈算法，具有256位状态信息和长达2⁶⁹的周期。
PRNG可以生成31位的伪随机数。

它可以生成UInt32, char, bool, float和double随机值。
还可以提供随机字节流(使用/dev/random或Windows加密api)。

1.2 用法

Poco:::Random实现了一个伪随机数生成器(PRNG)。
头文件：#include “Poco/Random.h”

• void seed(Poco::UInt32 seed)使用给定的种子为PRNG播种。
• void seed()使用随机数据(来自Poco::RandomInputStream)播种PRNG

如果不使用seed()，POCO:::Random的构造函数只使用当前日期和时间生成伪随机数。
建议显式调用seed()方法，可以生成更理想的随机数。

• UInt32 next()：返回范围为[0,2³¹]的伪随机数
• UInt32 next(UInt32 n)：返回范围为[0,n]的伪随机数。
• char nextChar()：返回一个伪随机字符
• bool nextBool()：返回一个伪随机布尔值
• float nextFloat()：返回范围为[0,1]的伪随机浮点值
• double nextDouble()：返回范围为[0,1]的伪随机浮点值

Poco::RandomInputStream是一个istream，它产生一个无限的随机字节序列。
随机字节取自/dev/random或Windows加密API(如果两者都不可用，Poco::RandomInputStream创建自己的随机数据)

1.3 示例

#include "Poco/Random.h"
#include "Poco/RandomStream.h"
#include 
using Poco::Random;
using Poco::RandomInputStream;
int main(int argc, char** argv)
{
	Random rnd;
	rnd.seed();
	std::cout << "Random integer: " << rnd.next() << std::endl;
	std::cout << "Random digit: " << rnd.next(10) << std::endl;
	std::cout << "Random char: " << rnd.nextChar() << std::endl;
	std::cout << "Random bool: " << rnd.nextBool() << std::endl;
	std::cout << "Random double: " << rnd.nextDouble() << std::endl;
	RandomInputStream ri;
	std::string rs;
	ri >> rs;
	return 0;
}

2、Poco::DigestEngine 加密

2.1 说明

POCO提供了一些广泛使用的加密散列函数的实现，包括如下加密：

MD2、MD4、 MD5、SHA1、HMAC

HMAC消息验证码算法(RFC 2104)：HMAC是密钥相关的哈希运算消息认证码（Hash-based Message Authentication Code）的缩写。是一种基于Hash函数和密钥进行消息认证的方法。

所有哈希函数和HMAC的实现都是DigestEngine类的子类。
如果想实现自己的哈希函数，建议从DigestEngine派生。

2.2 用法

Poco::DigestEngine 定义了所有消息摘要算法实现的公共接口。
头文件：#include “Poco/DigestEngine.h”

加密后的输出数据的长度取决于算法。在POCO中，输出数据的类型是Digest（摘要），Digest其实就是std::vector。
通过反复调用Poco::DigestEngine的update()方法，将数据传入算法中，当所有数据都传递给Poco::DigestEngine后，调用digest()方法来获取加密后的数据。

• void update(const void * data, unsigned length)：使用数据块更新Digest（摘要）
• void update(char data)：用一个字节的数据更新Digest（摘要）
• void update(const std::string& data)：使用数据字符串更新Digest（摘要）
• const digest & digest()：完成Digest计算并返回对Digest（摘要）的引用

常用加密算法，它们都是Poco::DigestEngine的子类

• Poco::MD2Engine (#include "Poco/MD2Engine.h)
• Poco::MD4Engine (#include "Poco/MD4Engine.h)
• Poco::MD5Engine (#include "Poco/MD5Engine.h)
• Poco::SHA1Engine (#include "Poco/SHA1Engine.h)
• Poco::HMACEngine (#include "Poco/HMACEngine.h)

2.3 示例

#include "Poco/HMACEngine.h"
#include "Poco/SHA1Engine.h"
using Poco::DigestEngine;
using Poco::HMACEngine;
using Poco::SHA1Engine;
int main(int argc, char** argv)
{
	std::string message1("This is a top-secret message.");
	std::string message2("Don't tell anyone!");
	std::string passphrase("s3cr3t"); // HMAC需要一个密码短语
	HMACEngine<SHA1Engine> hmac(passphrase); // 计算一个HMAC-SHA1
	hmac.update(message1);
	hmac.update(message2);
	const DigestEngine::Digest& digest = hmac.digest();
	// 完成HMAC计算，得到摘要 digest
	std::string digestString(DigestEngine::digestToHex(digest));
	// 转换为十六进制数字符串
	return 0;
}

3、流加密

3.1 说明

Poco::DigestInputStream和Poco::DigestOutputStream允许对写入输出流或从输入流读取的所有数据进行摘要计算。

Poco::DigestEngine必须传递给流的构造函数。然后，流将所有经过它们的数据传递给用于摘要计算的Poco::DigestEngine。
在写入Poco::DigestOutputStream后，始终刷新（flush()）流以确保所有数据都被传递到摘要引擎。

3.2 示例

#include "Poco/DigestStream.h"
#include "Poco/MD5Engine.h"
using Poco::DigestOutputStream;
using Poco::DigestEngine;
using Poco::MD5Engine;
int main(int argc, char** argv)
{
	MD5Engine md5;
	DigestOutputStream ostr(md5);
	ostr << "This is some text";
	ostr.flush(); // 确保所有内容都被传递到摘要引擎
	const DigestEngine::Digest& digest = md5.digest(); // 获取结果
	std::string result = DigestEngine::digestToHex(digest);
	return 0;
}

4、Poco::Timestamp 时间戳

4.1 说明

Poco::Timestamp是Poco中时间戳。
头文件 #include “Poco/Timestamp.h”
Poco::Timestamp它存储一个基于UTC的64位时间值，(高达)微秒分辨率。实际的分辨率取决于操作系统。
由于Poco::Timestamp是基于UTC的，所以它独立于时区(并对其进行更改)。

Poco::Timestamp支持值语义、比较和简单算术。

Poco::Timestamp定义了一些公共类型:

• TimeVal：是一个64位带符号的整数，以微秒的分辨率保存UTC时间
• UtcTimeVal：是一个64位带符号的整数，保存着100纳秒分辨率的UTC时间(实际分辨率仍然<= 1 μs)
• TimeDiff：一个64位带符号的整数，保存两者之间的差值
• 时间戳以微秒为单位

在Unix中，纪元epoch时间是从1970年1月1日午夜开始以秒为单位测量的时间。
UTC(协调世界时)是从1582年10月15日午夜开始以100纳秒为间隔测量的时间。

4.2 用法

Poco::Timestamp的默认构造函数，用当前时间初始化时间戳Timestamp。

• Timestamp fromEpochTime(time_t time)：静态函数，获取从纪元epoch到现在的时间戳time_t
• Timestamp fromUtcTime(UtcTimeVal val)：获取UTC时间
• time_t epochTime() const：返回time_t (epoch time)中表示的时间
• UtcTimeVal utcTime() const：返回以UTC表示的时间，分辨率为100纳秒
• TimeVal epochMicroseconds() const：返回自Unix纪元以来以微秒表示的时间时间戳
• void update()：用当前时间更新时间戳
• timemediff elapsed() const：返回经过的微秒数时间戳
• bool isElapsed(TimeDiff interval) const：如果从时间戳中存储的时间开始至少经过了interval微秒，则返回true

4.3 示例

#include "Poco/Timestamp.h"
#include 
using Poco::Timestamp;
int main(int argc, char** argv)
{
 	Timestamp now; // 当前日期和时间
	std::time_t t1 = now.epochTime(); // Timestamp  转变为 time_t ...
	Timestamp ts1(Timestamp::fromEpochTime(t1)); // ... 转回Timestamp 
	for (int i = 0; i < 100000; ++i) ; // 稍等一下
	Timestamp::TimeDiff diff = now.elapsed(); // 花了多长时间?
	Timestamp start(now); // 记录启动时间
	now.update(); // 更新当前时间 
	diff = now - start;
	return 0;
}

5、Poco::DateTime 日期和时间

5.1 说明

Poco::DateTime用于处理基于公历的日历日期和时间。
头文件： #include “Poco/DateTime.h”
Poco::DateTime常用于日期计算，如果要存储日期和时间，时间戳Poco::Timestamp类更合适。

Poco::DateTime在内部以两种格式维护日期和时间:
UTC和(年、月、日、时、分、秒、毫秒、微秒)。

公历，也叫格里高里历，几乎在世界各地都在使用。它的年份是根据耶稣基督的传统出生年份来编号的，这被标记为“纪元”时代。
它将天作为时间的基本单位，将它们分成365天或366天的年。一年分为12个月，长短不一。
并非所有国家都在同一时间采用公历(例如，德国在1582年，英国在1752年)。

儒略历(JDN)是从公元前4713年1月1日星期一开始的天数。这一天被记为朱利安零日。
因此，7的倍数是星期一。负值也可以使用。
儒略历日期(JD)是指从格林威治标准时间中午12点开始经过的天数(带有小数部分)

5.2 用法

5.2.1 常用成员函数

• int year() const：返回年份
• int month()返回月份：(1 - 12)
• int week(int firstDayOfWeek = DateTime::MONDAY) const：根据ISO 8601返回一年内的周数
  (第1周为1月4日所在的一周);
  firstDayOfWeek应该是DateTime::MONDAY或DateTime::SUNDAY。
• int day() const：返回一个月内的日期(1 - 31)
• int dayOfWeek() const：返回一周内的日期
  (0 = DateTime::SUNDAY, 1 = DateTime::MONDAY，…，
  6 = DateTime::SATURDAY)
• int dayOfYear() const：返回一年中的日期(1 - 366)
• Int hour() const：返回小时(0 - 23)
• int hourAMPM() const：返回小时(0 - 12)
• bool isAM() const：返回true如果hour() < 12，否则返回false
• bool isPM() const：返回true如果hour() >= 12，否则返回false
• int minute() const：返回分钟数(0 - 59)
• int second() const：返回秒(0 - 59)
• int millisecond() const：返回毫秒数(0 - 999)
• int microsecond() const：返回微秒数(0 - 999)
• Timestamp timestamp() const：返回以时间戳形式表示的日期和时间
• Timestamp::UtcTimeVal utcTime() const：返回以UTC时间表示的日期和时间
• Poco::DateTime支持所有关系操作符(==， !=， >， >=， <， <=)
• Poco::DateTime支持算法 (+， -， +=，-=)

5.2.2 常用静态函数

• bool isLeapYear(int year)：如果给定的年份是闰年则返回true，否则返回false
• int daysOfMonth(int year, int month)：返回给定年、月的天数
• bool isValid(int year, int month, int day,int hour, int minute, int second, int millisecond, int microsecond)
  如果给定的日期和时间有效(所有参数都在适当的范围内)返回true，否则返回false(考虑闰年)

5.2.3 月、星期的枚举

Poco::DateTime具有月份和星期名称的枚举。这些可以用来代替数值:
1）月：Poco::DateTime::Months

• JANUARY
• FEBRUARY
• MARCH
• APRIL
• MAY
• JUNE
• JULY
• AUGUST
• SEPTEMBER
• OCTOBER
• NOVEMBER
• DECEMBER

2）星期：Poco::DateTime::DaysOfWeek

• SUNDAY
• MONDAY
• TUESDAY
• WEDNESDAY
• THURSDAY
• FRIDAY
• SATURDAY

5.3 示例

#include "Poco/DateTime.h"
using Poco::DateTime;
int main(int argc, char** argv)
{
	DateTime now; // the current date and time in UTC
	int year = now.year();
	int month = now.month();
	int day = now.day();
	int dow = now.dayOfWeek();
	int doy = now.dayOfYear();
	int hour = now.hour();
	int hour12 = now.hourAMPM();
	int min = now.minute();
	int sec = now.second();
	int ms = now.millisecond();
	int us = now.microsecond();
	double jd = now.julianDay();
	Poco::Timestamp ts = now.timestamp();
	DateTime xmas(2006, 12, 25); // 2006-12-25 00:00:00
	Poco::Timespan timeToXmas = xmas - now;
	DateTime dt(1973, 9, 12, 2, 30, 45); // 1973-09-12 02:30:45
	dt.assign(2006, 10, 13, 13, 45, 12, 345); // 2006-10-13 12:45:12.345
	bool isAM = dt.isAM(); // false
	bool isPM = dt.isPM(); // true
	bool isLeap = DateTime::isLeapYear(2006); // false
	int days = DateTime::daysOfMonth(2006, 2); // 28
	bool isValid = DateTime::isValid(2006, 02, 29); // false
	dt.assign(2006, DateTime::OCTOBER, 22); // 2006-10-22 00:00:00

	return 0;
}

6、Poco::LocalDateTime 本地时间

6.1 说明

Poco::LocalDateTime类似于Poco::DateTime，除了它存储本地时间(与UTC相反)和时区差异。
头文件：#include “Poco/LocalDateTime.h”
时区差是指UTC和本地时间之差，(UTC =本地时间-时区之差)。

Poco::LocalDateTime支持Poco::DateTime所有功能。

• 所有关系运算符在执行比较之前都归一化为UTC。
• int tzd() const返回时区差(秒)
• Poco::DateTime utc() const将本地时间转换为utc时间

6.2 示例

#include "Poco/LocalDateTime.h"
using Poco::LocalDateTime;
int main(int argc, char** argv)
{
	LocalDateTime now; // 当前日期和本地时间
	int year = now.year();
	int month = now.month();
	int day = now.day();
	int dow = now.dayOfWeek();
	int doy = now.dayOfYear();
	int hour = now.hour();
	int hour12 = now.hourAMPM();
	int min = now.minute();
	int sec = now.second();
	int ms = now.millisecond();
	int us = now.microsecond();
	int tzd = now.tzd();
	double jd = now.julianDay();
	Poco::Timestamp ts = now.timestamp();
	LocalDateTime dt1(1973, 9, 12, 2, 30, 45); // 1973-09-12 02:30:45
	dt1.assign(2006, 10, 13, 13, 45, 12, 345); // 2006-10-13 12:45:12.345
	LocalDateTime dt2(3600, 1973, 9, 12, 2, 30, 45, 0, 0); // UTC +1 hour
	dt2.assign(3600, 2006, 10, 13, 13, 45, 12, 345, 0);
	Poco::Timestamp nowTS;
	LocalDateTime dt3(3600, nowTS); // 从时间戳构造
	return 0;
}

7、Poco::Timespan 时间跨度

7.1 说明

Poco::Timespan表示微秒级分辨率的时间跨度。
头文件：#include “Poco/Timespan.h”
在内部，Poco::Timespan使用64位整数来存储时间跨度。时间跨度可以用天、小时、分钟、秒、毫秒和微秒表示。

Poco::时间跨度定义了以下缩放因子:

• MILLISECONDS毫秒中的微秒数
• SECONDS一秒内的微秒数
• MINUTES一分钟内的微秒数
• HOURS一小时内的微秒数
• DAYS一天中的微秒数

7.2 用法

• int days() const：返回天数
• int hours() const：返回一天中的小时数(0 - 23)
• int totalHours() const：返回总小时数
• int minutes() const：返回小时内的分钟数(0 - 59)
• int totalMinutes() const：返回总分钟数
• Int seconds() const：返回分钟内的秒数(0 - 60)
• int totalSeconds() const：返回总秒数
• int milliseconds() const：返回秒内的毫秒数(0 - 999)
• int totalMilliseconds() const：返回总毫秒数
• Int microseconds() const：返回毫秒内的微秒数(0 -999)
• int totalMicroseconds() const：返回总微秒数

7.3 示例

#include "Poco/Timespan.h"
using Poco::Timespan;
int main(int argc, char** argv)
{
	Timespan ts1(1, 11, 45, 22, 123433); // 1d 11h 45m 22.123433s
	Timespan ts2(33*Timespan::SECONDS); // 33s
	Timespan ts3(2*Timespan::DAYS + 33*Timespan::HOURS); // 3d 33h
	int days = ts1.days(); // 1
	int hours = ts1.hours(); // 11
	int totalHours = ts1.totalHours(); // 35
	int minutes = ts1.minutes(); // 45
	int totalMins = ts1.totalMinutes(); // 2145
	int seconds = ts1.seconds(); // 22
	int totalSecs = ts1.totalSeconds(); // 128722
	return 0;
}

7.4 时间运算

#include "Poco/DateTime.h"
#include "Poco/Timespan.h"
using Poco::DateTime;
using Poco::Timespan;
int main(int argc, char** argv)
{
	DateTime birthdate(1973, 9, 12, 2, 30); // 1973-09-12 02:30:00
	DateTime now;
	Timespan age = now - birthdate;
	int days = age.days(); // in days
	int hours = age.totalHours(); // in hours
	int secs = age.totalSeconds(); // in seconds
	Timespan span(10000*Timespan::DAYS);
	DateTime dt = birthdate + span;
	return 0;
}

8、Poco::Timezone 系统时区

8.1 说明

Poco::Timezone 提供了获取系统时区信息的静态方法
头文件：#include “Poco/Timezone.h”

• int utcOffset()：返回本地时间到UTC的偏移量，以秒为单位，不包括夏令时DST
  (local time = UTC + utcOffset())
• int DST()：返回夏令时偏移量，以秒为单位(通常为3600)夏令时生效，否则为0。
• bool isDst(const timestamp & timestamp)：返回true，如果DST在给定时间有效
• int tzd()：返回当前时区的时区差异(tzd = utcOffset() + dst())
• string name()：返回当前生效的时区名称
• std::string standardName()：返回时区的名称，如果DST没有生效
• std::string dstName()：返回夏令时生效时的时区名称
• 报告的名称依赖于操作系统，不能跨系统移植。

8.2 示例

#include "Poco/Timezone.h"
#include "Poco/Timestamp.h"
using Poco::Timezone;
using Poco::Timestamp;
int main(int argc, char** argv)
{
	int utcOffset = Timezone::utcOffset();
	int dst = Timezone::dst();
	bool isDst = Timezone::isDst(Timestamp());
	int tzd = Timezone::tzd();
	std::string name = Timezone::name();
	std::string stdName = Timezone::standardName();
	std::string dstName = Timezone::dstName();
	return 0;
}

9、Poco::DateTimeFormatter 格式化日期和时间

9.1 说明

Poco::DateTimeFormatter 可用于格式化日期和时间
(Timestamp, DateTime, LocalDateTime和Timespan)作为字符串。
头文件： #include “Poco/DateTimeFormat.h”
Poco::DateTimeFormatter使用类似于strftime()的格式字符串。

9.2 用法

Poco::DateTimeFormatter的所有函数都是静态的。

• std::string format(const timestamp & timestamp, const std::string& fmt, int tzd = UTC)
  根据给定的格式字符串fmt格式化给定的时间戳。时区差值(tzd)是可选的。
• std::string format(const dateTime & dateTime, const std::string& fmt, int tzd = UTC)
  类似于前一个函数，不同之处是这个函数接受DateTime
• std::string format(const LocalDateTime& dateTime, const std::string& fmt)
  接受一个LocalDateTime(包含时区差异)，并根据格式字符串fmt对其进行格式化
• std::string format(const timespan & timespan, const std::string& fmt)
  根据格式字符串fmt格式化给定的时间跨度

几种常用的，已定义好的格式

• ISO8601_FORMAT (2005-01-01T12:00:00+01:00)
• RFC1123_FORMAT (Sat, 1 Jan 2005 12:00:00 +0100)
• SORTABLE_FORMAT (2005-01-01 12:00:00)

9.3 示例

#include "Poco/DateTime.h"
#include "Poco/Timestamp.h"
#include "Poco/Timespan.h"
#include "Poco/DateTimeFormatter.h"
#include "Poco/DateTimeFormat.h"
using Poco::DateTimeFormatter;
using Poco::DateTimeFormat;
int main(int argc, char** argv)
{
	Poco::DateTime dt(2006, 10, 22, 15, 22, 34);
	std::string s(DateTimeFormatter::format(dt, "%e %b %Y %H:%M")); 
	 // "22 Oct 2006 15:22"
	Poco::Timestamp now;
	s = DateTimeFormatter::format(now, DateTimeFormat::SORTABLE_FORMAT);
	 // "2006-10-30 09:27:44"
	Poco::Timespan span(5, 11, 33, 0, 0);
	s = DateTimeFormatter::format(span, "%d days, %H hours, %M minutes");
	 // "5 days, 11 hours, 33 minutes"
	return 0;
}

10、Poco::DateTimeParser 从字符串中解析日期和时间

10.1 说明

可以使用Poco::DateTimeParser从字符串中解析日期和时间。
头文件： #include “Poco/DateTimeParser.h”
Poco::DateTimeParser总是返回一个Poco::DateTime和一个时区差值。然后可以将Poco::DateTime转换为Poco::Timestamp或Poco::LocalDateTime。
Poco::DateTimeParser的所有函数都是静态的。
Poco::DateTimeParser用法和Poco::DateTimeFormatter类似。

10.2 用法

• void parse(const std::string fmt, const std::string& str, DateTime& dateTime, int& tzd)
  从字符串 str 中以 fmt 给出的格式解析日期和时间。在dateTime中存储日期和时间，在tzd中存储时区差异。如果无法解析字符串，则抛出Poco::SyntaxException。
• DateTime parse(const std::string& fmt, const std::string& str, int& tzd)
  与上面类似，但返回DateTime
• bool tryParse(const std::string& fmt, const std::string& str, DateTime& dateTime, int& tzd)
  尝试从字符串str中以fmt给出的格式解析日期和时间。如果成功，将日期和时间存储在dateTime中，并将时区差存储在tzd中。如果成功返回true，否则返回false。
• void parse(const std::string& str, DateTime& dateTime, int& tzd)
  解析给定字符串 str 中的日期和时间，识别Poco::DateTimeFormat定义的所有标准日期/时间格式。
  如果无法识别格式，或者字符串与预期格式不匹配，则抛出Poco::SyntaxException
• DateTime parse(const std::string& str, int& tzd) ：同上
• bool tryParse(const std::string& str, DateTime& dateTime, int& tzd)：同上

10.3 示例

#include "Poco/DateTimeParser.h"
#include "Poco/DateTime.h"
#include "Poco/DateTimeFormat.h"
#include "Poco/LocalDateTime.h"
#include "Poco/Timestamp.h"
using Poco::DateTimeParser;
using Poco::DateTimeFormat;
using Poco::DateTime;
int main(int argc, char** argv)
{
	std::string s("Sat, 1 Jan 2005 12:00:00 GMT");
	int tzd;
	DateTime dt;
	DateTimeParser::parse(DateTimeFormat::RFC1123_FORMAT, s, dt, tzd);
	Poco::Timestamp ts = dt.timestamp();
	Poco::LocalDateTime ldt(tzd, dt);
	bool ok = DateTimeParser::tryParse("2006-10-22", dt, tzd);
	ok = DateTimeParser::tryParse("%e.%n.%Y", "22.10.2006", dt, tzd);
	return 0;
}