C++日期和时间库

目录

1.引用

2.chrono库

2.1.Duration

2.2.Clock

2.3.TimePoint

2.4.Calendar（c++20)

3.ctime库

4.常见用法

4.1. 获取当前系统时间戳

4.2.计算时间间隔

4.3.格式化输出

4.4.字符串转化为时间戳

4.5.时间戳转为time_point类型

4.6.字面量使用

5.总结

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1.引用

        unix timestamp(时间戳): 时间戳是计算中广泛使用的日期和时间表示形式。它通过自1970年1月1（Unix 纪元）00：00：00 UTC以来经过的秒数(秒是毫秒、微妙、纳秒的总称)来测量时间，没有因闰秒而进行调整。

        C++中处理时间的库主要包括<chrono>和<ctime>。

2.chrono库

  <chrono>库是C++11引入的一个标准库，专门用于处理时间点、时间间隔和时钟操作。它提供了高精度的时间点和时长表示，以及时间相关的函数和操作。C++20新增Calendar。

        主要包含以下四种类型：

• Duration：表示一个时间间隔，单位可以是秒、毫秒、微秒等。
• Time Point：表示一个时间点，通常基于某个时钟。
• Clock：提供当前时间，通常有三种时钟类型：系统时钟（system_clock）、高精度时钟（high_resolution_clock）和稳定时钟（steady_clock）。

• Calendar（c++20)

2.1.Duration

        Duration(时间间隔)：表示一段时间的长度，这个类模板是时间间隔的抽象表示，可以存储任何时间单位的间隔，比如秒、毫秒、分钟等。std::chrono::duration 允许程序员进行时间间隔的计算，比如加法、减法、比较等，并且可以与时间点（如 std::chrono::time_point）结合使用来表示具体的时间。

        std::chrono::duration 模板类接受两个参数：

1. rep：表示时间间隔的数值类型，通常是整数类型，如 int、long 或 long long。
2. period：表示时间间隔的单位，是一个编译时常量表达式，通常是 std::ratio 类型。std::ratio 是一个模板类，用于表示两个整数的比率。标准库中定义了几个常用的 std::ratio 类型的别名，如 std::nano（表示纳秒，即10^-9秒）、std::micro（表示微秒，即10^-6秒）、std::milli（表示毫秒，即10^-3秒）、std::seconds（表示秒）、std::minutes（表示分钟）、std::hours（表示小时）等。

//define in std::chrono namspace
/// `chrono::duration` represents a distance between two points in time
template<typename _Rep, typename _Period = ratio<1>>
class duration;
//库中预先定义了常用的时间长度//示例
std::chrono::duration<int, std::milli> duration1(500);
std::chrono::duration<double, std::nano> duration2(1.5);
std::chrono::duration<int, std::micro> duration3 = duration1 + duration2; // 表示501.5微秒std::chrono::duration<int, std::milli> duration4 = duration1 * 2; // 表示1000毫秒
std::chrono::duration<double, std::milli> duration5 = duration2 / 2; // 表示0.75毫秒

为了方便使用，标准库为常见的时间单位提供了 std::chrono::duration 的特化版本：

• 纳秒（nanoseconds）：std::chrono::nanoseconds
• 微秒（microseconds）：std::chrono::microseconds
• 毫秒（milliseconds）：std::chrono::milliseconds
• 秒（seconds）：std::chrono::seconds
• 分钟（minutes）：std::chrono::minutes
• 小时（hours）：std::chrono::hours

这些特化版本简化了时间单位的表示，使得程序员无需手动指定 rep 和 period 参数。

示例如下：

#include <iostream>  
#include <chrono>  int main() {  // 定义一个表示5秒的duration  std::chrono::duration<int, std::ratio<1>> five_seconds(5);  // 定义一个表示200毫秒的duration  std::chrono::milliseconds two_hundred_milliseconds(200);  // 将秒转换为毫秒  auto milliseconds = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(five_seconds);  std::cout << "5秒等于 " << milliseconds.count() << " 毫秒。" << std::endl;  return 0;  
}

在这个例子中，我们定义了两个 std::chrono::duration 对象，一个表示5秒，另一个表示200毫秒。然后，我们使用 std::chrono::duration_cast 将5秒转换为毫秒，并输出结果。

2.2.Clock

• 时钟（clock）：表示一个可以测量时间的设备，提供了当前时间点（now）和时间点之间的差值（time_since_epoch）等方法。chrono库提供了三种时钟，分别是：
  • 系统时钟（system_clock）：表示当前系统范围的实时日历时钟，通常与系统的钟同步。它可以用于表示日期和时间，以及与其他系统交互。
  • 稳定时钟（steady_clock）：表示一个单调递增的时钟，不受系统时间的调整或修改影响。它可以用于测量时间间隔，以及实现定时器和延时等功能。
  • 高分辨率时钟（high_resolution_clock）：表示一个具有最高精度的时钟，通常是系统时钟或稳定时钟的别名（using high_resolution_clock = system_clock;）。它可以用于测量极短的时间间隔，以及实现性能分析等功能。
• now --成员函数，放回当前时钟的时间点

1) std::chrono::system_clock

它表示系统范围的实时时钟。这个时钟类提供了访问系统当前时间点的功能，并且允许将时间点转换为 time_t 类型（通常用于表示日历时间）以及进行时间点之间的算术运算。使用 std::chrono::system_clock::now() 可以获取当前的系统时间点，返回类型是 std::chrono::system_clock::time_point。

示例代码：

#include <iostream>  
#include <chrono>  
#include <ctime>  int main() {  // 获取当前系统时间点  auto now = std::chrono::system_clock::now();  // 将当前系统时间点转换为 time_t 类型  std::time_t now_time_t = std::chrono::system_clock::to_time_t(now);  // 将 time_t 类型转换为 tm 结构，用于格式化输出  std::tm* now_tm = std::localtime(&now_time_t);  // 输出当前时间  std::cout << "当前时间是: "   << (now_tm->tm_year + 1900) << "-"   << (now_tm->tm_mon + 1) << "-"   << now_tm->tm_mday << " "   << now_tm->tm_hour << ":"   << now_tm->tm_min << ":"   << now_tm->tm_sec   << std::endl;  // 创建一个表示10秒后的时间点  auto ten_seconds_later = now + std::chrono::seconds(10);  // 输出10秒后的时间（注意：这里只是简单地将秒数加上，没有考虑闰秒等复杂情况）  std::time_t ten_seconds_later_time_t = std::chrono::system_clock::to_time_t(ten_seconds_later);  std::tm* ten_seconds_later_tm = std::localtime(&ten_seconds_later_time_t);  std::cout << "10秒后的时间是: "   << (ten_seconds_later_tm->tm_year + 1900) << "-"   << (ten_seconds_later_tm->tm_mon + 1) << "-"   << ten_seconds_later_tm->tm_mday << " "   << ten_seconds_later_tm->tm_hour << ":"   << ten_seconds_later_tm->tm_min << ":"   << ten_seconds_later_tm->tm_sec   << std::endl;  return 0;  
}

在这个例子中，我们获取了当前的系统时间点，并将其转换为 time_t 类型，然后格式化为人类可读的日期和时间格式输出。接着，我们创建了一个表示当前时间点之后10秒的新时间点，并同样进行了格式化输出。需要注意的是，这里的10秒后的时间计算是简单的秒数相加，并没有考虑诸如闰秒等复杂的时间调整情况。

2) std::chrono::steady_clock

它表示一个稳定的、单调递增的时钟。这个时钟类的主要特点是它不受系统时间调整（如用户手动更改系统时间）的影响，因此非常适合用于测量时间间隔，例如性能分析、计时器等场景。使用 std::chrono::steady_clock::now() 可以获取当前的稳定时间点，返回类型是 std::chrono::steady_clock::time_point。

示例如下：

#include <iostream>  
#include <chrono>  int main() {  // 记录开始时间  auto start = std::chrono::steady_clock::now();  // 在这里执行一些代码，例如循环计算  for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {  // 一些计算或操作  }  // 记录结束时间  auto end = std::chrono::steady_clock::now();  // 计算执行时间并转换为毫秒  auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start);  // 输出执行时间  std::cout << "Execution time: " << duration.count() << " milliseconds" << std::endl;  return 0;  
}

在这个例子中，我们使用 std::chrono::steady_clock 来测量一个循环计算代码段的执行时间，并将结果转换为毫秒后输出。由于 std::chrono::steady_clock 的稳定性和单调性，我们可以确保测量得到的时间间隔是准确的。

3) std::chrono::steady_clock

它旨在提供一个具有最高可用精度的时钟。然而，需要注意的是，std::chrono::high_resolution_clock 并不总是代表实际的最高分辨率时钟，而是代表在当前实现中可用的最高分辨率时钟。换句话说，它的行为可能因编译器和平台而异。使用 std::chrono::high_resolution_clock::now() 可以获取当前的高精度时间点，返回类型是 std::chrono::high_resolution_clock::time_point。

示例如下：

#include <iostream>  
#include <chrono>  int main() {  // 记录开始时间  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();  // 在这里执行一些代码，例如循环计算  for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {  // 一些计算或操作  }  // 记录结束时间  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();  // 计算执行时间并转换为纳秒（注意：这里可能会因为精度问题而有所偏差）  auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(end - start);  // 输出执行时间（转换为毫秒以便更易于理解，尽管我们是以纳秒为单位测量的）  std::cout << "Execution time: " << duration.count() / 1e6 << " milliseconds" << std::endl;  return 0;  
}

在这个例子中，我们使用 std::chrono::high_resolution_clock 来测量一个循环计算代码段的执行时间，并将结果转换为毫秒后输出（尽管我们实际上是以纳秒为单位测量的，但为了方便理解，我们将其转换为毫秒）。然而，需要注意的是，由于 std::chrono::high_resolution_clock 的精度可能受到硬件和操作系统的限制，因此测量得到的时间可能会有一定的偏差。

2.3.TimePoint

• 时间点（time_point）：表示一个特定时刻，由一个时钟和一个时间间隔组成。例如，std::chrono::system_clock::now()表示系统时钟的当前时间点，std::chrono::steady_clock::now()表示稳定时钟的当前时间点，等等。chrono库还提供了一些常用的时间点别名，如std::chrono::system_clock::time_point，std::chrono::steady_clock::time_point，std::chrono::high_resolution_clock::time_point等。
• time_since_epoch 返回到epoch的时间间隔Duration

2.4.Calendar（c++20)

• 日期类，用来对日期时间进行比较。

  using namespace std::chrono_literals;//使用字面量 ""y ""d(C++20) auto ymd1 = 2023y / std::chrono::November / 10d; // 2023-11-10auto ymd2 = 2023y / std::chrono::September / 10d; // 2023-9-10if(ymd1 > ymd2) {// ymd1 > ymd2std::cout << "ymd1 > ymd2" << std::endl;}

3.ctime库

<ctime>库提供了与时间相关的类型和函数，包括对time_t类型的操作，以及转换时间和日期的函数。它使用time_t类型来表示时间点，并提供了将时间转换为字符串的函数。

1. 核心类型

   • clock_t：用于表示从程序启动以来经过的CPU时间。
   • time_t：表示从Unix纪元（1970年1月1日00:00:00 UTC）以来的秒数。
   • tm结构：表示本地或格林威治标准时间的结构。

2. 常用函数

   • time(NULL)：获取当前时间，返回time_t类型的值。
   • localtime(&time_t)：将time_t类型的时间转换为本地时间tm结构。
   • gmtime(&time_t)：将time_t类型的时间转换为UTC时间tm结构。
   • asctime(&tm)：将tm结构转换为字符串形式。
   • strftime(char*, size_t, const char*, const tm*)：格式化时间。

3. 常见用法

   • 获取当前时间并转换为本地时间：std::tm* local_time = std::localtime(&now);
   • 格式化输出时间：char buffer[80]; std::strftime(buffer, sizeof(buffer), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", local_time);

示例如下：

#include <iostream>  
#include <ctime>  int main() {  // 获取当前时间的 time_t 表示  time_t currentTime = time(nullptr);  // 将 time_t 转换为 tm 结构体  tm* localTime = localtime(&currentTime);  // 打印日期和时间  std::cout << "Current date and time: "  << (localTime->tm_year + 1900) << '-'  << (localTime->tm_mon + 1) << '-'  << localTime->tm_mday << ' '  << localTime->tm_hour << ':'  << localTime->tm_min << ':'  << localTime->tm_sec  << std::endl;  return 0;  
}

请注意，tm_year 成员表示自1900年以来的年数，因此需要加上1900来得到实际的年份。同样地，tm_mon 成员表示月份（从0开始计数），因此需要加上1来得到实际的月份。

4.常见用法

4.1. 获取当前系统时间戳

  //获取系统时间戳,实例化系统时钟std::chrono::system_clock clock;std::chrono::system_clock::time_point now = clock.now();std::chrono::_V2::system_clock::duration d = now.time_since_epoch();//纳秒单位时间戳std::cout << "timestamp: " << d.count() << std::endl;//转化为秒单位std::chrono::seconds t = std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(d);std::cout << "sec: " << t.count() << std::endl;//简化写法
//  std::chrono::system_clock clock;
//  auto t = std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(
//  			clock.now().time_since_epoch()).count();
//  std::cout << "sec: " << t << std::endl;

4.2.计算时间间隔

  const auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();//do somethingstd::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));const auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();auto duration = start - end;//1000118000ns 1000ms 1s std::cout << duration.count() << "ns " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(duration).count()<<  "ms " <<std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(duration).count() << "s " <<std::endl;

4.3.格式化输出

  auto now = std::chrono::system_clock::now();std::time_t now_c = std::chrono::system_clock::to_time_t(now);//cur time Thu Nov  9 23:42:38 2023std::cout << "cur time " << std::ctime(&now_c) << std::endl;//或者转化为当地时间//自定义格式输出tm * t = std::localtime(&now_c);char buffer[80];std::strftime(buffer, 80, "%Y-%m-%d %H:%M:%S", t);//cur time: 2023-11-09 23:42:38std::cout << "cur time: " << buffer << std::endl;

4.4.字符串转化为时间戳

time_t GetUnixSecFromStr(const std::string &raw_time) {std::istringstream ss(raw_time);std::tm tm{};ss >> std::get_time(&tm, "%Y-%m-%d %H:%M:%S"); //ex:2023-12-22 19:22:23return std::mktime(&tm);
}

4.5.时间戳转为time_point类型

time_t time;
auto t_point = std::chrono::system_clock::from_time_t(time);

4.6.字面量使用

  //使用字面量 c++20 ""y ""d  c++11 支持 ""h ""min ""s ""ms ""ususing namespace std::chrono_literals;//在此空间定义字面量auto s = 60s; // 相当于std::chrno::seconds(60)std::cout << "sec: " << s.count() << std::endl;auto min = 1min; // 相当于std::chrono::minutes(1):std::cout << "min: " << min.count() << std::endl;

5.总结

       std::chrono时间库在不同平台上都具备良好的兼容性，无论是Windows、Linux还是其他操作系统，都可以使用该库进行时间处理，使代码具备良好的可移植性。该库提供了丰富的时间单位和精度选项，适应不同场景下的时间计算需求。无论是秒、毫秒、微秒还是纳秒的时间单位，都可以很方便地应用于代码中。而且std::chrono时间库提供了不同类型的时钟，如系统时钟（system_clock）、稳定时钟（steady_clock）和高分辨率时钟（high_resolution_clock），可以根据具体需求选择合适的时钟类型。

进一步学习和参考C++ std::chrono时间库的推荐资源：

1. 官方文档：可以查阅C++标准库的官方文档，其中包含了std::chrono时间库的详细说明和示例代码。官方文档可以帮助深入了解每个类、函数和成员的用法和语义。
2. C++ Reference：C++ Reference是一个权威的C++参考网站，提供了std::chrono时间库的详细文档和示例代码。可以在该网站上查找特定类、函数或成员，并了解它们的用法和示例。
3. 推荐书籍:《C++ Concurrency in Action: Practical Multithreading》和《Effective Modern C++: 42 Specific Ways to Improve Your Use of C++11 and C++14》。