C11工具类：时间处理

Posted 2020-10-13

　　C++11提供时间管理类，包括三种类型：时间间隔duration，时钟clocks，时间点time point。

1、记录时常的duration

1.1 原型

　　duration表示一段时间间隔，用来记录时间长度，可以表示时分秒等单位。其原型如下：

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

　　Rep表示一个数值类型，表示时钟数的类型，第二个参数表示始终周期。

　　std::ratio原型如下：

template<std::intmax_t Num, std::intmax_t Denom = 1> class ratio;

　　std::ratio表示时钟周期的秒数，Num表示分子，Denom表示分母，分母默认为1，分数值表示秒数。

ratio<2>          //2秒
ratio<60>         //一分钟
ratio<60*60>      //一小时 
ratio<60*60*24>        //一天    
ratio<1, 1000>         //一毫秒
ratio<1, 1000000>      //一微秒
ratio<1, 1000000000>   //一纳秒

　　标准库还定义了一些常用的时间间隔：

typedef duration<Rep, ratio<3600, 1>> hours;
typedef duration<Rep, ratio<60, 1>> minutes;
typedef duration<Rep, ratio<1, 1>> seconds;
typedef duration<Rep, ratio<1, 1000>> milliseconds;
typedef duration<Rep, ratio<1, 1000000>> microseconds;
typedef duration<Rep, ratio<1, 1000000000>> nanoseconds;

　　可以通过常用类型来使用到我们代码中，如线程休眠：

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));         //休眠3秒
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));  //休眠100毫秒

1.2 运算

1.2.1 统计

　　chrono提供获取时间间隔的时钟周期的方法count()。

#include <iostream>
#include <chrono>

using namespace std;

int main()
{
    //3毫秒
    std::chrono::milliseconds ms{3}; 
    std::cout << "3 ms duration has " << ms.count() << " ticks." << std::endl;
    
    //通过3毫秒初始化6000微秒
    std::chrono::microseconds us = 2*ms;
    std::cout << "6000 us duration has " << us.count() << " ticks." << std::endl;
    
    //自定义一个时钟周期
    std::chrono::duration<double, std::ratio<1, 30>> hz30{3.5};
    std::cout << "3.5 hz duration has " << hz30.count() << " ticks." << std::endl;

    return 0;
}

//执行结果
3 ms duration has 3 ticks.
6000 us duration has 6000 ticks.
3.5 hz duration has 3.5 ticks.

1.2.2 间隔运算

　　时间间隔可以做运算，计算两段时间的差值。

std::chrono::minutes t1{10};        //10分钟
std::chrono::seconds t2{60};        //60秒
std::chrono::seconds t3 = t1 - t2;

std::cout << t3.count() << " seconds." << std::endl;
//输出
540 seconds.

　　duration也有一套自己的运算规则，当两个duration始终周期不同的时候，会统一成一种时钟，然后再做运算。其规则如下：

　　对于ratio<x1, y1> r1,ratio<x2, y2> r2;如果x1、x2最大公约数为x，y1、y2最大公约数为y，那么统一之后的ratio为ratio<x,y>。

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <typeinfo>

using namespace std;

int main()
{
    std::chrono::duration<double, std::ratio<9, 7>> d1{3};
    std::chrono::duration<double, std::ratio<6, 5>> d2{1};
    auto d3 = d1 - d2;
    
    std::cout << "typeid:" << typeid(d3).name() << std::endl;
    std::cout << d3.count() << std::endl;

    return 0;
}
//执行结果
typeid:std::chrono::duration<double, std::ratio<3, 35>>
31

　　根据规则，7/9和6/5，分子最大公约数为3，分母最小公倍数为35，所以统一之后的duration为std::chrono::duration<double, std::ratio<3, 35>>,所以始终周期为((7/9)/(3/35)*3) - ((6/5)/(3/35)*1) = 31。

1.2.3 转换

　　可以通过duration_cast<>()来将当前的时钟周期转换为其它的时钟周期。

//将秒转换为分钟数
std::chrono::seconds ts{600};
std::cout << std::chrono::duration_cast<std::chrono::minutes>(ts).count() << " minutes." << std::endl;
//执行结果
10 minutes.

2、时间点的表示

　　time_point表示一个时间点，用来获取从它的clock的纪元开始所经过的duration（比如从1970.1.1开始计算）和当前的时间。time_point可以和ctime结合起来显示时间，必须用clock来计时。time_point有一个函数time_from_eproch()用来获得纪元到time_point时间经过的duration。

#include <iostream>
#include <chrono>

using namespace std;
using namespace std::chrono;

int main()
{
    typedef duration<int, ratio<60*60*24>> days_type;

    time_point<system_clock, days_type> today = time_point_cast<days_type>(system_clock::now());

    cout << today.time_since_epoch().count() << endl;

    return 0;
}
//执行结果
17460

　　time_point还支持一些算术运算，比如两个time_point的差值时钟周期数，还可以和duration相加减，但是必须是相同的clock。

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <ctime>
#include <iomanip>

using namespace std;
using namespace std::chrono;

int main()
{
    typedef duration<int, ratio<60*60*24>> days_type;

    system_clock::time_point now = system_clock::now();
    time_t last = system_clock::to_time_t(now - hours(24));
    time_t next = system_clock::to_time_t(now - hours(24));

    cout << "last day: " << put_time(localtime(&last), "%c") << endl;
    cout << "next day: " << put_time(localtime(&next), "%c") << endl;

    return 0;
}
//执行结果
last day: 10/20/17 23:05:50
next day: 10/20/17 23:05:50

3、获取系统时钟的clocks

• clocks表示当前的系统时钟，内部有time_point、duration、Rep、Period等信息，主要用来获取当前时间，以及事项time_t和time_point的相互转换。clocks包括如下三种时钟：
• system_clock:表示真实世界的挂钟时间，具体时间依赖于系统。
• steady_clock：不能被“调整”的时钟，并不一定代表真实世界的挂钟时间，保证先后调用now()的得到的时间值是不会递减的。
• high_resolution_clock：高精度时钟，实际上system_clock或者steady_clock的别名，可以通过nowlai 获取当前的时间点。

#include <iostream>
#include <chrono>

using namespace std;
using namespace std::chrono;

int main()
{
    system_clock::time_point t1 = system_clock::now();
    cout << "hello world." << endl;
    system_clock::time_point t2 = system_clock::now();
    cout << (t2-t1).count() << " tick count."<< endl;

    return 0;
}
//执行结果：
hello world.
10001 tick count.

　　通过时钟获取的两个时间点之间差多少个时钟周期，可以通过duration_cast来将其转换为其他时钟周期的duration:

cout << duration_cast<microseconds> (t2-t1).count() << " microseconds."<< endl;
//输出结果：
hello world.
1000 microseconds.

　　system_clock的to_time_t可以将一个time_point转换为ctime,而from_time_t方法则可以将ctime转换为time_point。

std::time_t now_c = std::chrono::system_clock::to_time_t(time_point);

　　steady_clock可以获取稳定可靠的时间间隔，后一次调用now的值和前一次的差值不会因为修改了系统时间而改变，从而保证了稳定的时间间隔。

　　system_clock和std::put_time配合起来使用可以格式化日期的输出。

#include <ctime>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <chrono>

using namespace std;
using namespace std::chrono;

int main()
{
    auto t = system_clock::to_time_t(system_clock::now());

    cout << put_time(localtime(&t), "%Y-%m-%d %X") << endl;
    cout << put_time(localtime(&t), "%Y-%m-%d %H.%M.%S") << endl;

    return 0;
}
//执行结果：
2017-10-29 21:19:30
2017-10-29 21.19.30

4、计时器timer

　　可以利用high_resolution_clock来实现一个类似于boost.timer的计时器，这样的timer在测试性能的时候经常用到。在程序日常开发的时候可以作为测试函数耗时。

void func()
{
    //dosomething...
}

int main()
{
    Timer t; //开始计时
    func();
    cout << t.elapsed() << endl; //打印func函数耗时
}

　　C++中可以通过chrono库来事项一个计时器，从而移除对其他三方库的依赖。

#include <ctime>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <chrono>

using namespace std;
using namespace std::chrono;

class CTimer
{
public:
    CTimer() : m_begin(high_resolution_clock::now()) {}

    //重置
    void mvReset() { m_begin = high_resolution_clock::now();  }

    //默认输出毫秒
    template<typename Duration = milliseconds>
    int64_t elapsed() const
    {
        return duration_cast<Duration>(high_resolution_clock::now() - m_begin).count();
    }

    //微秒
    int64_t elapsed_micro() const
    {
        return elapsed<microseconds>();
    }

    //纳秒
    int64_t elapsed_nano() const
    {
        return elapsed<nanoseconds>();
    }

    //秒
    int64_t elapsed_sconds() const
    {
        return elapsed<seconds>();
    }

    //分
    int64_t elapsed_minutes() const
    {
        return elapsed<minutes>();
    }

    //时
    int64_t elapsed_hours() const
    {
        return elapsed<hours>();
    }

private:
    time_point<high_resolution_clock> m_begin;
};

//test func
void func()
{
    cout << "hello world." << endl;
}

int main()
{
    CTimer t;
    func();
    cout << t.elapsed() << endl;                       //打印func函数耗时毫秒
    cout << t.elapsed_micro() << endl;                 //打印func函数耗时微秒
    cout << t.elapsed_nano() << endl;                  //打印func函数耗时纳秒
    cout << t.elapsed_sconds() << endl;                //打印func函数耗时秒
    cout << t.elapsed_minutes() << endl;               //打印func函数耗时分
    cout << t.elapsed_hours() << endl;                 //打印func函数耗时小时

    return 0;
}
//执行结果
hello world.
1
1000
1000000
0
0
0