c++11 chrono全面解析(最高可达纳秒级别的精度)

chrono是c++ 11中的时间库，提供计时，时钟等功能。

学习chrono，关键是理解里面时间段(durations)、时间点(time points)的概念。

1.精度：

时钟节拍(时间精度)：

template <intmax_t n, intmax_t d = 1> class ratio;

其中n表示分子，d表示分母，默认用秒表示的时间单位。

n对应于其成员num，d对应于其成员den

常用的单位：

ratio<60, 1>                    minute

ratio<1, 1>                      second

ratio<1, 1000>               millisecond

...

ratio主要是是为后面将要讲解的时间段，时间点等提供精度（单位）

#include<iostream>
#include<chrono>
using namespace std;
int main()
{
	cout << "millisecond : ";
	cout << std::chrono::milliseconds::period::num << "/" << std::chrono::milliseconds::period::den << "s" <<endl;
	system("pause");
	return 0;
}

2.时间段：

template <class rep, class period = ratio<1> >
class duration;

std::chrono::duration 表示一段时间，比如两个小时，12.88秒，半个时辰，一炷香的时间等等

rep表示一种数值类型，用来表示period的数量，比如int float double。

period是ratio类型，用来表示上面所说的单位精度，比如second milisecond。

chrono中宏定义了许多特例化了的duration： 就是常见的hours，miniutes，seconds，milliseconds等，使用std::chrono::milliseconds直接使用。

（1）构造函数很简单

(1)duration() = default;    //默认构造
(2)duration (const duration& dtn);        //(2)(3)拷贝构造
(3)template<class rep2, class period2>
   constexpr duration (const duration<rep2,period2>& dtn);
(4)template<class rep2>      //传递一个某类型（int等）的数值，构造一个时间段   
   constexpr explicit duration (const rep2& n);

（2）成员函数count()返回单位时间的数量。

#include <iostream>
#include <chrono>
int main()
{
	std::chrono::milliseconds mscond(1000); // 1 second
	std::cout << mscond.count() << " milliseconds.\n";
 
	std::cout << mscond.count() * std::chrono::milliseconds::period::num / std::chrono::milliseconds::period::den;
	std::cout << " seconds.\n";
	system("pause");
	return 0;
}

（2）当不要求截断值的情况下(时转换成秒是没问题，但是秒转换成时就不行)时间段的转换是隐式
的。显示转换可以由 std::chrono::duration_cast<> 来完成。
比如 std::chrono::milliseconds ms(54802);

std::chrono::seconds s=std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(ms);

这里的结果就是截断的，而不是进行了舍入，所以s最后的值将为54。

3.时间点：

template <class clock, class duration = typename clock::duration>
  class time_point;

std::chrono::time_point 表示一个具体时间，如上个世纪80年代、今天下午3点、火车出发时间等，只要它能用计算机时钟表示。

第一个模板参数clock用来指定所要使用的时钟（标准库中有三种时钟，system_clock，steady_clock和high_resolution_clock。见4时钟详解），第二个模板函数参数用来表示时间的计量单位(特化的std::chrono::duration<> )

时间点都有一个时间戳，即时间原点。chrono库中采用的是unix的时间戳1970年1月1日 00:00。所以time_point也就是距离时间戳(epoch)的时间长度（duration）。

（1）构造函数：

(1)	time_point(); //默认构造函数，时间戳作为其值
(2)	template <class duration2> time_point (const time_point<clock,duration2>& tp); //拷贝构造函数
(3)	explicit time_point (const duration& dtn); //使用duration构造，就是距离时间戳的时间长度

（2）时间点有个重要的函数：duration time_since_epoch()  (用于获取当前时间点距离时间戳的时间长度)

即经常用来得到当前时间点到1970年1月1日00:00的时间距离、该函数返回的duration的精度和构造time_point的时钟(clock)有关(见4时钟详解)。

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
	//距离时间戳2两秒
	chrono::time_point<chrono::system_clock, chrono::seconds> tp(chrono::seconds(2));
	cout << "to epoch : " <<tp.time_since_epoch().count() << "s" <<endl;
	//转化为ctime，打印输出时间点
	time_t tt = chrono::system_clock::to_time_t(tp);
	char a[50];
	ctime_s(a, sizeof(a), &tt);
	cout << a;
	system("pause");
	return 0;
}

可以看出，时间戳就是使用的unix的时间戳。

4.时钟：(代表当前系统的时间)

chrono中有三种时钟：system_clock，steady_clock和high_resolution_clock。每一个clock类中都有确定的time_point, duration, rep, period类型。

system_clock是不稳定的。因为时钟是可调的，即这种是完全自动适应本地账户的调节。这种调节可能造成的是，首次调用now()返回的时间要早于上次调用now()所返回的时间，这就违反了节拍频率的均匀分布。稳定闹钟对于超时的计算很重要，所以c++标准库提供一个稳定时钟 std::chrono::steady_clock。std::chrono::high_resolution_clock 是标准库中提供的具有最小节拍周期(因此具有最高的精度的时钟)。

上文所说time_since_epoch()，以及将要介绍的now()函数的返回值都依赖于时钟的精度，测试时钟的精度的一种方法就是：

#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std;
int main()
{
	cout << "system clock          : ";
	cout << chrono::system_clock::period::num << "/" << chrono::system_clock::period::den << "s" << endl;
	cout << "steady clock          : ";
	cout << chrono::steady_clock::period::num << "/" << chrono::steady_clock::period::den << "s" << endl;
	cout << "high resolution clock : ";
	cout << chrono::high_resolution_clock::period::num << "/" << chrono::high_resolution_clock::period::den << "s" << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

windows系统的测试结果是system_clock的精度是100纳秒，而high_resolution的精度是1纳秒，对于程序来说，一般毫秒级就够了，所以说chrono提供的时钟精度绰绰有余。

（1）成员函数static time_point now() noexcept; 用于获取系统的当前时间。

（2）由于各种time_point表示方式不同，chrono也提供了相应的转换函数 time_point_cast。

template <class toduration, class clock, class duration>
  time_point<clock,toduration> time_point_cast (const time_point<clock,duration>& tp);

传一个要转换为的精度的duration模板参数和一个要转换的time_point参数（用法见下面综合应用）

（3）其他成员函数：

to_time_t() time_point转换成time_t秒

from_time_t() 从time_t转换成time_point

综合应用：

输出当前时间,并且计算当前的时间距离1970年1月1日00:00的毫秒数

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
	//定义毫秒级别的时钟类型
	typedef chrono::time_point<chrono::system_clock, chrono::milliseconds> microclock_type;
	//获取当前时间点，windows system_clock是100纳秒级别的(不同系统不一样，自己按照介绍的方法测试)，所以要转换
	microclock_type tp = chrono::time_point_cast<chrono::milliseconds>(chrono::system_clock::now());
	//转换为ctime.用于打印显示时间
	time_t tt = chrono::system_clock::to_time_t(tp);
	char _time[50];
	ctime_s(_time,sizeof(_time),&tt);
	cout << "now time is : " << _time;
	//计算距离1970-1-1,00:00的时间长度，因为当前时间点定义的精度为毫秒，所以输出的是毫秒
	cout << "to 1970-1-1,00:00  " << tp.time_since_epoch().count() << "ms" << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

通过两张图片对比，时间点上相差48-34=14秒、、下面的一长串数字，切掉3位（毫秒）、是28-14=14秒、、正确！说明这一串数字的最后三位就是毫秒数、、充分说明了达到了毫秒级别。

将上面的程序中millisconds换成microseconds或者更小的单位，便可达到微妙，甚至更高的精度。

到此这篇关于c++11 chrono全面解析(最高可达纳秒级别的精度)的文章就介绍到这了,更多相关c++11 chrono内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！