C/C++编程：chrono库学习

本是古典何须时尚 2022-05-16 22:28 194阅读 0赞

# 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<chrono>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<chrono>头文件中，命名空间为namespace std::chrono

# Duration #

## 辅助类型 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

# 构造函数 #

#include <chrono>
    int main()
    {
       // 方法1：手动指定单位（基本不用）
        std::chrono::duration<int>                       twentySeconds(20);  // 20*1秒=20秒（以秒为单位）
        std::chrono::duration<double, std::ratio<60>>    halfAMinute(0.5);   // 0.5*60秒=0.5分钟（以分钟为单位（60/1））
        std::chrono::duration<long, std::ratio<1, 1000>> 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<int>::value == false,
        // 此时长只允许整数计次
    //  std::chrono::duration<int, std::kilo> d3(3.5);
     
        // 使用小数计次的 30Hz 钟
        std::chrono::duration<double, std::ratio<1, 30>> 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<double, std::milli> ms2 = us; // 3.0 毫秒
    }

### count ###

作用：返回此 duration 的嘀嗒数。

#include <chrono>
    #include <iostream>
    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<double, std::ratio<1, 30>> 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";       
    }

![20210222160225480.png][]

###  ###

### 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<int, std::ratio<1, 3>> d1(1); //1/3秒
    std::chrono::duration<int, std::ratio<1, 5>> 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<typename V,typename R>
    std::ostream& operator<<(std::ostream& s, const std::chrono::duration<V, R>& d)
    {
        s << "[" << d.count() << " of " << R::num << "/" << R::den << "]";
        return s;
    }
     
    int main()
    {
        std::chrono::milliseconds d(42);
        std::cout << d << std::endl;

![20210222162222472.png][]

### 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<std::chrono::minutes>(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<double, std::ratio<60>> 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<std::chrono::seconds>(halfMin);

*  演示案例：

#include <iostream>
    #include <chrono>
    #include <ratio>
    #include <thread>
     
    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<std::chrono::milliseconds>(t2 - t1);
     
        // 小数时长：不要求 duration_cast
        std::chrono::duration<double, std::milli> fp_ms = t2 - t1;
     
        std::cout << "f() took " << fp_ms.count() << " ms, "
                  << "or " << int_ms.count() << " whole milliseconds\n";
    }

![20210222160412741.png][]

#include <chrono>
    #include <iostream>
    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<std::chrono::hours>(s).count() << " hours, "
                 << std::chrono::duration_cast<std::chrono::minutes>(s % std::chrono::hours(1)).count() << " minutes, "
                 << std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(s % std::chrono::minutes(1)).count() << " seconds\n";
    }

### ![20210222160005350.png][] ###

### 比较大小 ###

#include <chrono>
    #include <iostream>
    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";
     
    }

![2021022215563645.png][]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220517/57eb42bdd4c54537947019bfdffd3d02.png
[20210222160225480.png]: /images/20220517/b5274d7e03a84e9995f16823859c7b93.png
[20210222162222472.png]: /images/20220517/b8a45cc0103444729d9fc9222eb27db0.png
[20210222160412741.png]: /images/20220517/0f6aec2978cc4143bd56cbdfda53d876.png
[20210222160005350.png]: /images/20220517/0a8a4a4ab52349aa980725433d900052.png
[2021022215563645.png]: /images/20220517/b5f6942d19c14361ab7dfae71f9e25e2.png