C++日期和时间编程总结

通过 time 函数获取当前时刻的纪元时间示例代码如下：

time_t epoch_time = time(nullptr);
cout << "Epoch time: " << epoch_time << endl;
// Epoch time: 1660039180 (日历时间: Tue Aug  9 17:59:40 2022)

time 函数接受一个指针，指向要存储时间的对象，通常可以传递一个空指针，然后通过返回值来接受结果。虽然标准中没有给出定义，但time_t 通常使用整形值来实现。

2.5，输出时间和日期

使用 ctime 函数，可以将时间以固定格式的字符串的形式打印出来，格式为：Www Mmm dd hh:mm:ss yyyy\n。代码示例如下：

// 以字符串形式输出当前时间和日期
time_t now = time(nullptr);
cout << "Now is: " << ctime(&now);
// Now is: Tue Aug  9 18:06:38 2022

2.6，综合示例代码

asctime() 和 difftime() 函数等sample 代码如下（复制可直接运行）：

/* asctime example */
#include       /* printf */
#include        /* time_t, struct tm, time, localtime, asctime */
#include 
#include 

using namespace std;

// 冒泡排序: 将数据从小到大排序
void bubbleSort(vector &arr){
    size_t number = arr.size();
    if (number <= 1) return;
    int temp;
    for(int i = 0; i < number; i++){
        for(int j = 0; j < number-i; j++){
            if (temp > arr[j+1]){
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j+1];
                arr[j+1] = temp;
            }
        }
    }
}

// difftime() 函数: 计算时间差，单位为 s
void difftime_test()
{
    vector input_array;
    for (int i = 90000; i > 0; i--) {
        input_array.emplace_back(i);
    }
    time_t time1 = time(nullptr);
    bubbleSort(input_array);
    time_t time2 = time(nullptr);
    double time_diff = difftime(time2, time1);
    cout << "input array size is " << input_array.size() << " after bubbleSort time_diff: " << time_diff << "s" << endl;
}

// astime() 函数: 将本地时间 tm 结构体对象转换为字符串文本
void astime_test()
{
    time_t raw_time = time(nullptr);  // 获取当前时刻日历时间
    struct tm* local_timeinfo = localtime(&raw_time);
    printf ( "The current date/time is: %s", asctime (local_timeinfo) );
}

int main()
{
    difftime_test();
    astime_test();
    // 3, 输出当前纪元时间
    time_t epoch_time = time(nullptr);
    cout << "Epoch time: " << epoch_time << endl;
    // 4，以字符串形式输出当前时间和日期
    time_t now = time(nullptr);
    cout << "Now is: " << ctime(&now);
}

g++ time_demo.cpp -std=c++11 编译后，运行程序 ./a.out 后，输出结果：

三，chrono 库

“chrono” 是英文 chronology 的缩写，其含义是“年表；年代学”。

chrono 既是头文件名字也是子命名空间的名字，chrono 头文件下的所有 elements 都是在 std::chrono 命名空间下定义的。

std::chrono 是 C++11 引入的日期时间处理库，chrono 库里包括三种主要类型：Clocks，Time points 和 Durations 。

3.1，时钟

C++11 chrono 库中包含了三种的时钟类：

system_clock 是当前所在系统的时钟。因为系统时钟随时都可能被调整，所以如果想要计算两个时间点的时间差，是不推荐使用系统时钟的。

steady_clock 会保证时间的单调递增性，只会向前移动不会减少，所以最适合用来度量时间间隔。

high_resolution_clock 表示实现提供的拥有最小计次周期的时钟。它可以是 system_clock 或 steady_clock 的别名，也可能是第三个独立时钟。在不同的标准库中，high_resolution_clock 的实现不一致，所以官方不建议使用这个时钟。

这三个时钟类有一些共同的成员函数和数据类型，如下所示：

每一个时钟类都有一个 now() 静态函数来获取当前时间，返回的类型由 time_*point 描述。std::chrono::time_point 是模板类，模版类实例如：std::chrono::time_pointcount object. period The second template parameter (Period) The ratio type that represents a period in seconds.

duration 由 Rep 类型的计次数和Period 类型的计次周期组成，其中计次周期是一个编译期有理数常量，表示从一个计次到下一个的秒数。存储于 duration 的数据仅有 Rep 类型的计次数。若 Rep 是浮点数，则 duration 能表示小数的计次数。 Period 被包含为时长类型的一部分，且只在不同时长间转换时使用。

• Rep 表示一种数值类型，用来表示 Period 的数量，比如 int float double (count of ticks)。
• Period 是 std::ratio 类型，用来表示【用秒表示的时间单位】比如 second milisecond (a tick period)。
• 成员函数 count() 返回 Rep 类型的 Period 数量。

常用的 duration 已经定义好了，在 std::chrono 头文件中，常用时长单位的代码如下：

/// nanoseconds
typedef duration 	nanoseconds;
/// microseconds
typedef duration 	microseconds;
/// milliseconds
typedef duration 	milliseconds;
/// seconds
typedef duration 		seconds;
/// minutes
typedef duration> 	minutes;
/// hours
typedef duration> 	hours;

duration 类的 count() 成员函数返回时间间隔的具体数值。

3.4.1，时间间隔转换函数 duration_cast

因为有各种 duration 表示不同的时长单位，所以 chrono 库提供了 duration_cast 函数来换 duration 类型，其声明如下：

template 
constexpr ToDuration duration_cast(const duration& d);

其定义比较复杂，但是我们日常使用可以直接使用 auto 推导函数返回对象类型，示例代码如下：

#include 
#include 
#include 
#include 
 
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(t2 - t1);
    // 小数时长：不要求 duration_cast
    std::chrono::duration fp_ms = t2 - t1;
    std::cout << "f() took " << fp_ms.count() << " ms, "
              << "or " << int_ms.count() << " whole milliseconds\n";
    // 程序输出结果: f() took 1000.23 ms, or 1000 whole milliseconds
}

3.5，时间点 time_point

std::chrono::time_point 表示时间中的一个点（一个具体时间），如上个世纪80年代、你的生日、今天下午、火车出发时间等，只要它能用计算机时钟表示。其包含了时钟和时长两个信息。它被实现成如同存储一个 Duration 类型的自 Clock 的纪元起始开始的时间间隔的值。其声明如下：

template<
    class Clock,
    class Duration = typename Clock::duration
> class time_point;

时钟的 now() 函数返回的值就是一个时间点。time_point 中的 time_since_epoch() 返回从其时钟起点开始的时长。可以通过两个时间点相减计算一个时间间隔，下面是代码示例:

#include       /* printf */
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

void time_point_test()
{
    auto start = chrono::steady_clock::now();
    double sum = 0;
    for(int i = 0; i < 100000000; i++) {
        sum += sqrt(i);
    }
    auto end = chrono::steady_clock::now();
    // 通过两个时间点相减计算一个时间间隔
    auto time_diff = end - start;
    // 将时间间隔单位转化为毫秒
    auto duration = chrono::duration_cast(time_diff);
    cout << "Sqrt Operation cost : " << duration.count() << "ms" << endl;
}

int main()
{
    time_point_test();
    // 程序输出结果: Sqrt Operation cost : 838ms
}

3.5.1，时间点运算

时间点有加法和减法操作，计算结果和常识一致：时间点 + 时长 = 时间点；时间点 - 时间点 = 时长。

参考资料

• C++ 日期和时间编程
• C++日期和时间工具
• C++ 头文件内容官方英文版资料