C++ 计时器:chrono库介绍

C++11有了chrono库，可以在不同系统中很容易的实现定时功能。

要使用chrono库，需要#include，其所有实现均在std::chrono namespace下。注意标准库里面的每个命名空间代表了一个独立的概念。

chrono是一个模版库，使用简单，功能强大，只需要理解三个概念：duration、time_point、clock

一 、时钟-CLOCK
chrono库定义了三种不同的时钟:

 std::chrono::system_clock:  依据系统的当前时间 (不稳定)
 std::chrono::steady_clock:  以统一的速率运行(不能被调整)
 std::chrono::high_resolution_clock: 提供最高精度的计时周期(可能是steady_clock或者system_clock的typedef)

二、这三个时钟有什么区别呢？
system_clock就类似Windows系统右下角那个时钟，是系统时间。明显那个时钟是可以乱设置的。明明是早上10点，却可以设置成下午3点。

steady_clock则针对system_clock可以随意设置这个缺陷而提出来的，他表示时钟是不能设置的。

high_resolution_clock则是一个高分辨率时钟。

这三个时钟类都提供了一个静态成员函数now()用于获取当前时间，该函数的返回值是一个time_point类型，

system_clock除了now()函数外，还提供了to_time_t()静态成员函数。用于将系统时间转换成熟悉的std::time_t类型，得到了time_t类型的值，在使用ctime()函数将时间转换成字符串格式，就可以很方便地打印当前时间了。

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<ctime>//将时间格式的数据转换成字符串
#include<chrono>
using namespace std::chrono;
using namespace std;
int main()
{
    //获取系统的当前时间
    auto t = system_clock::now();
    //将获取的时间转换成time_t类型
    auto tNow = system_clock::to_time_t(t);

    //ctime()函数将time_t类型的时间转化成字符串格式,这个字符串自带换行符
    string str_time = std::ctime(&tNow);

    cout<<str_time;

    return 0;
}

三、持续的时间 - duration
td::chrono::duration<int,ratio<60,1>> ,表示持续的一段时间,这段时间的单位是由ratio<60,1>决定的,int表示这段时间的值的类型,函数返回的类型还是一个时间段duration

std::chrono::duration<double,ratio<60,1>>

由于各种时间段(duration)表示不同，chrono库提供了duration_cast类型转换函数。

duration_cast用于将duration进行转换成另一个类型的duration。

duration还有一个成员函数count(),用来表示这一段时间的长度

#include<iostream>
#include<string.h>
#include<chrono>
using namespace std::chrono;
using namespace std;
int main()
{
    auto start = std::chrono::steady_clock::now();
    for(int i=0;i<100;i++)
        cout<<"nice"<<endl;
    auto end = std::chrono::steady_clock::now();

    auto tt = std::chrono::duration_cast<microseconds>(end - start);

    cout<<"程序用时="<<tt.count()<<"微秒"<<endl;
    return 0;
}

四、时间点 - time_point
std::chrono::time_point 表示一个具体时间，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。鉴于我们使用时间的情景不同，这个time point具体到什么程度，由选用的单位决定。一个time point必须有一个clock计时

设置一个时间点:

std::time_point<clock类型> 时间点名字

//设置一个高精度时间点
    std::time_point<high_resolution_clock> high_resolution_clock::now();

//设置系统时钟
    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now=std::chrono::system_clock::now();

另一个实例:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS //localtime()需要这个宏
#include<iostream>
#include<chrono>
#include<vector>
#include<string>
#include<algorithm>
//#include<stdio.h>

#include<iomanip> //put_time需要的头文件

#include<sstream>

    // template <class _Rep>
    // struct treat_as_floating_point : is_floating_point<_Rep> {}; // tests for floating-point type

    // template <class _Rep>
    // _INLINE_VAR constexpr bool treat_as_floating_point_v = treat_as_floating_point<_Rep>::value;

    // // STRUCT TEMPLATE duration_values
    // template <class _Rep>
    // struct duration_values { // gets arithmetic properties of a type
    //     _NODISCARD static constexpr _Rep zero() noexcept {
    //         // get zero value
    //         return _Rep(0);
    //     }

    //     _NODISCARD static constexpr _Rep(min)() noexcept {
    //         // get smallest value
    //         return numeric_limits<_Rep>::lowest();
    //     }

    //     _NODISCARD static constexpr _Rep(max)() noexcept {
    //         // get largest value
    //         return (numeric_limits<_Rep>::max)();
    //     }
    // };

//时间长度
void Func1(){
    //chrono重载了各种运算符
    std::chrono::hours             c1(1);                //1小时
    std::chrono::minutes           c2(60);               //60分钟
    std::chrono::seconds           c3(60*60);            //60*60s
    std::chrono::milliseconds      c4(60*60*1000);       //60*60*1000毫秒
    std::chrono::microseconds      c5(60*60*1000*1000);  //微秒 溢出
    std::chrono::nanoseconds       c6(60*1000*1000*1000);//纳秒 溢出

    if(c1==c2){
        std::cout<<"c1==c2"<<std::endl;
    }
    if(c1==c3){
        std::cout<<"c1==c3"<<std::endl;
    }
    if(c2==c3){
        std::cout<<"c2==c3"<<std::endl;
    }

    //获取时钟周期的值，返回的是int整数
    std::cout<<"c1= "<<c1.count()<<std::endl;
    std::cout<<"c2= "<<c2.count()<<std::endl;
    std::cout<<"c3= "<<c3.count()<<std::endl;
    std::cout<<"c4= "<<c4.count()<<std::endl;

    std::chrono::seconds             c7(1);               //1秒
    std::chrono::milliseconds        c8(1*1000);          //1000毫秒;1s
    std::chrono::microseconds        c9(1*1000*1000);     //1000*1000微秒 1s
    std::chrono::nanoseconds         c10(1*1000*1000*1000);//1000*1000*1000纳秒 1s;

    std::cout<<c7.count()<<std::endl;
    std::cout<<c8.count()<<std::endl;
    std::cout<<c9.count()<<std::endl;
    std::cout<<c10.count()<<std::endl;
}

//系统时间
/**
 * @brief 
 * 
 * system_clock 类支持了对系统时钟的访问， 提供了三个静态成员函数：
返回当前时间的时间点。
static std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now() noexcept;
将时间点 time_point 类型转换为 std::time_t 类型。
static std::time_t to_time_t( const time_point& t ) noexcept;
将 std::time_t 类型转换为时间点 time_point 类型。
static std::chrono::system_clock::time_point from_time_t( std::time_t t ) noexcept;
 */

void Func2(){
    //静态成员函数 static std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now() noexcept
    //这些都可以简写用auto now=std::chrono::system_clock()::now()接收
    //1、静态成员函数 static std::chrono::system_clock::now()用来获取系统时间，C++时间
    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now=std::chrono::system_clock::now();

    //2、静态成员函数 static std::chrono::system_clock::to_time_t()把C++系统时间转换为time_t （utc时间)
    time_t t_now=std::chrono::system_clock::to_time_t(now);

    //3、std::localtime()函数把time_t时间转换为本地时间(北京时间)
    // std::localtime()不是线程安全的，VS用localtime_t()代替，linux用local_time_r()代替
    //tm结构体
    tm* tm_now=localtime(&t_now);

    //格式化输出tm结构体中的成员
    std::cout<<std::put_time(tm_now,"%Y-%m-%d %H:%M:%S")<<std::endl;
    std::cout<<std::put_time(tm_now,"%Y-%m-%d")<<std::endl;
    std::cout<<std::put_time(tm_now,"%H:%M:%S")<<std::endl;

    //但是通常C++一般不打印出时间，而是把时间存储到一个字符串中

    std::stringstream ss;  //创建stringstream对象 ss,需要包含<sstream>头文件
    ss<<std::put_time(tm_now,"%Y-%m-%d %H:%M:%S");
    std::string time_str=ss.str();
    std::cout<<time_str<<std::endl;
}   

// struct steady_clock { // wraps QueryPerformanceCounter
//         using rep                       = long long;
//         using period                    = nano;
//         using duration                  = nanoseconds;
//         using time_point                = chrono::time_point<steady_clock>;
//         static constexpr bool is_steady = true;

//         _NODISCARD static time_point now() noexcept { // get current time
//             const long long _Freq = _Query_perf_frequency(); // doesn't change after system boot
//             const long long _Ctr  = _Query_perf_counter();
//             static_assert(period::num == 1, "This assumes period::num == 1.");
//             // Instead of just having "(_Ctr * period::den) / _Freq",
//             // the algorithm below prevents overflow when _Ctr is sufficiently large.
//             // It assumes that _Freq * period::den does not overflow, which is currently true for nano period.
//             // It is not realistic for _Ctr to accumulate to large values from zero with this assumption,
//             // but the initial value of _Ctr could be large.
//             const long long _Whole = (_Ctr / _Freq) * period::den;
//             const long long _Part  = (_Ctr % _Freq) * period::den / _Freq;
//             return time_point(duration(_Whole + _Part));
//         }
//     };

//     using high_resolution_clock = steady_clock;
// } // namespace chrono

//计时器 steady_clock 类相当于秒表，操作系统只要启动就会进行时间的累加，常用于耗时的统计（精确到纳秒） 。
void Func3(){
    //静态成员函数std::chrono::steady_clock::now()获取时间的开始点
    std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> start=std::chrono::steady_clock::now();
    //auto start=std::chrono::steady_clock::now();
    //执行一些代码，消耗时间
    std::vector<std::string> vec1{"banana","apple","pear"};
    std::for_each(vec1.begin(),vec1.end(),[&vec1](std::string str){
        std::cout<<str<<" ";
    });
    std::cout<<std::endl;
    //静态成员函数std::chrono::steady_clock::now()获取时间的结束点
    auto end=std::chrono::steady_clock::now();

    //计算消耗的时间，单位是纳秒
    auto dt=end-start;
    std::cout<<"耗时: "<<dt.count()<<"纳秒 ("<<(double)dt.count()/(1000*1000*1000)<<"秒) "<<std::endl;

}

int main(int argc,char* argv[]){
    Func1();
    Func2();
    Func3();
    return 0;
}

输出结果:

PS D:\时间操作 chrono 库\bin\Debug> .\main.exe
c1==c2
c1==c3
c2==c3
c1= 1
c2= 60
c3= 3600
c4= 3600000
1
1000
1000000
1000000000
2023-01-04 22:32:43
2023-01-04
22:32:43
2023-01-04 22:32:43
banana apple pear
耗时: 733400纳秒 (0.0007334秒)
PS D:\时间操作 chrono 库\bin\Debug>