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C/C++STL---＜chrono＞

java 2025/8/12 10:02:17

C++ 的 <chrono> 库是一个强大的时间处理库，提供了高精度的时间测量、时钟操作和时间点计算功能。

1. 基本概念

1.1 时间单位（Duration）

std::chrono::duration 表示时间间隔，由 计数值 和 时间单位 组成。

常用类型：

using nanoseconds  = duration<long long, nano>;      // 纳秒
using microseconds = duration<long long, micro>;     // 微秒
using milliseconds = duration<long long, milli>;     // 毫秒
using seconds      = duration<long long>;            // 秒
using minutes      = duration<int, ratio<60>>;       // 分钟
using hours        = duration<int, ratio<3600>>;     // 小时

自定义 Duration：

using days = duration<int, ratio<86400>>;  // 天（24*60*60秒）

转换：

seconds s(1);
milliseconds ms = duration_cast<milliseconds>(s);  // 显式转换
auto ms_approx = s * 1000;  // 隐式转换（可能截断）

1.2 时间点（Time Point）

std::chrono::time_point 表示某个特定时刻，由 时钟类型 和 时间间隔 组成。

常用操作：

using namespace std::chrono;
time_point<system_clock> now = system_clock::now();  // 当前时间点
time_point<system_clock> later = now + hours(1);      // 1小时后
duration<double> diff = later - now;                  // 时间差（秒）

1.3 时钟（Clock）

时钟提供当前时间点，包含三个关键类型：

now()：返回当前时间点。
duration：时钟的时间单位。
is_steady：是否为稳定时钟（即时间是否单调递增）。

三种标准时钟：

system_clock：系统实时时钟，支持与 time_t 互转：

time_t t = system_clock::to_time_t(now);  // 转 time_t
time_point<system_clock> tp = system_clock::from_time_t(t);  // 转 time_point

steady_clock：稳定时钟，适合测量时间间隔（如性能测试）：

auto start = steady_clock::now();
// ... 代码执行 ...
auto end = steady_clock::now();
cout << "耗时: " << duration_cast<milliseconds>(end - start).count() << "ms\n";

high_resolution_clock：高精度时钟（通常是 system_clock 或 steady_clock 的别名）。

2. 高级用法

2.1 自定义时钟

通过继承 std::chrono::clock 可以创建自定义时钟：

struct my_clock {using duration = std::chrono::milliseconds;using rep = duration::rep;using period = duration::period;using time_point = std::chrono::time_point<my_clock>;static constexpr bool is_steady = true;static time_point now() noexcept;  // 实现当前时间获取
};

2.2 休眠与等待

结合 std::this_thread::sleep_for 或 std::condition_variable 使用：

// 休眠3秒
std::this_thread::sleep_for(seconds(3));// 等待条件变量，最多500毫秒
std::condition_variable cv;
std::mutex m;
bool ready = false;
cv.wait_for(std::unique_lock<std::mutex>(m), milliseconds(500), [&]{ return ready; });

2.3 时间点算术

支持时间点的加减运算：

time_point<steady_clock> tp = steady_clock::now();
tp += minutes(2) + seconds(30);  // 2分30秒后
tp -= hours(1);                  // 1小时前

3. C++20 新增特性

3.1 日历与时区

引入 std::chrono::zoned_time 和日历组件（如 year_month_day）：

#include <chrono>
#include <iostream>using namespace std::chrono;int main() {// 当前时间点auto now = system_clock::now();// 获取本地时区auto local_tz = current_zone();// 转换为本地时间zoned_time local_time(local_tz, now);std::cout << "本地时间: " << local_time << '\n';// 构建特定日期auto date = year(2023) / month(10) / day(1);std::cout << "日期: " << date << '\n';return 0;
}

3.2 格式化输出

使用 std::format 或 std::chrono::format 格式化时间点：

auto now = system_clock::now();
std::cout << std::format("{:%Y-%m-%d %H:%M:%S}", now);  // 输出：2023-10-01 12:34:56

4. 性能考虑

精度与开销：高精度时钟（如 high_resolution_clock）可能有更高的系统开销。
跨平台差异：不同系统的时钟实现可能有细微差异，尤其是 high_resolution_clock。

5. 常见应用场景

性能测试：

auto start = steady_clock::now();
// 执行测试代码
auto end = steady_clock::now();
std::cout << "代码执行耗时: " << (end - start).count() << "纳秒\n";

超时控制：

future<int> f = std::async([]{ return 42; });
if (f.wait_for(seconds(1)) == std::future_status::ready) {std::cout << "结果: " << f.get() << '\n';
} else {std::cout << "超时\n";
}