c++时间类型

时间类型可以说是非常常用的类型，在使用的过程中经常感觉掌握的不够全面，这里梳理一下，作为记录。

C风格时间

tm结构体

在C++11之前，标准库中并没有提供专门的时间和日期类型。为了处理时间和日期，开发者通常会C语言提供的时间和类型。现在C++项目基本上都使用了C++11及更高的版本，但是一些古早的代码或者库接口还是能看到C风格的时间。

为了使用C语言踢狗的日期和时间相关的函数和结构，需要在 C++ 程序中引用 <ctime> 头文件。

有四个与时间相关的类型：clock_t、time_t、size_t 和 tm。类型 clock_t、size_t 和 time_t 能够把系统时间和日期表示为某种整数。

结构类型 tm 把日期和时间以 C 结构的形式保存，tm 结构的定义如下：

struct tm {
  int tm_sec;   // 秒，正常范围从 0 到 59，但允许至 61
  int tm_min;   // 分，范围从 0 到 59
  int tm_hour;  // 小时，范围从 0 到 23
  int tm_mday;  // 一月中的第几天，范围从 1 到 31
  int tm_mon;   // 月，范围从 0 到 11
  int tm_year;  // 自 1900 年起的年数
  int tm_wday;  // 一周中的第几天，范围从 0 到 6，从星期日算起
  int tm_yday;  // 一年中的第几天，范围从 0 到 365，从 1 月 1 日算起
  int tm_isdst; // 夏令时
};

相关函数

一些跟C风格时间有关的函数如下：

序号	函数 & 描述
time_t time(time_t *time);	该函数返回系统的当前日历时间，自 1970 年 1 月 1 日以来经过的秒数。如果系统没有时间，则返回 -1。
char *ctime(const time_t *time);	该返回一个表示当地时间的字符串指针，字符串形式 day month year hours:minutes:seconds year\n\0。
struct tm *localtime(const time_t *time);	该函数返回一个指向表示本地时间的 tm 结构的指针。
clock_t clock(void);	该函数返回程序执行起（一般为程序的开头），处理器时钟所使用的时间。如果时间不可用，则返回 -1。
char * asctime ( const struct tm * time );	该函数返回一个指向字符串的指针，字符串包含了 time 所指向结构中存储的信息，返回形式为：day month date hours:minutes:seconds year\n\0。
struct tm *gmtime(const time_t *time);	该函数返回一个指向 time 的指针，time 为 tm 结构，用协调世界时（UTC）也被称为格林尼治标准时间（GMT）表示。
time_t mktime(struct tm *time);	该函数返回日历时间，相当于 time 所指向结构中存储的时间。
double difftime ( time_t time2, time_t time1 );	该函数返回 time1 和 time2 之间相差的秒数。
size_t strftime();	该函数可用于格式化日期和时间为指定的格式。

格式化成字符串：

time_t now = time(NULL);
struct tm *tm_now = localtime(&now);
char buffer[80];

strftime(buffer, sizeof(buffer), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", tm_now);
printf("Formatted time: %s\n", buffer);

C++11之后提供了string格式化函数put_time用法如下

#include <iostream>
#include <iomanip> // 包含 put_time 的头文件
#include <ctime>
#include <sstream> // 包含 ostringstream 的头文件

int main() {
    // 获取当前时间
    std::time_t now = std::time(nullptr);
    std::tm tm_now = *std::localtime(&now);

    // 使用 ostringstream 和 put_time 格式化时间
    std::ostringstream oss;
    oss << std::put_time(&tm_now, "%Y-%m-%d %H:%M:%S");
    std::string formatted_time = oss.str();

    // 输出格式化的时间
    std::cout << "Formatted time: " << formatted_time << std::endl;

    return 0;
}

字符串格式化成时间：

const char *time_string = "2023-10-07 14:30:00";
struct tm tm_time;
char *result;

// 使用 strptime 将字符串解析为 tm 结构体
result = strptime(time_string, "%Y-%m-%d %H:%M:%S", &tm_time);

用例

用时间类函数给代码片段计时：

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main() {
    time_t start, end;
    double elapsed;

    time(&start);  // 获取开始时间
    // 这里放置需要计时的代码
    for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
        // 一些耗时操作
    }

    time(&end);  // 获取结束时间

    elapsed = difftime(end, start);  // 计算时间差

    printf("Elapsed time: %.2f seconds\n", elapsed);

    return 0;
}

这种方法虽然简单易用，但是实际上这种计时方法只能精确到秒级，如果想要精确到毫秒级需要使用POSIX提供的gettimeofday函数和timeval结构体

timeval结构体

timeval结构体非常简单，只由两个成员变量组成

struct timeval {
    time_t      tv_sec;     // 秒
    suseconds_t tv_usec;    // 微秒
};

相关函数

gettimeofday() 函数是POSIX标准的一部分，用于获取当前时间，精度可以达到微秒级别。以下是 gettimeofday() 函数的详细文档：

#include <sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);

• tv：指向 struct timeval 类型的指针，用于存储当前时间。
• tz：指向 struct timezone 类型的指针，用于存储时区信息。不过，这个参数在现代系统中通常被忽略，应该设置为 NULL。
• 成功时返回0，失败时返回-1，并设置 errno 以指示错误类型。

用例

使用下面这段代码可以统计高精度的计时

#include <stdio.h>#include <sys/time.h>int main() {
    struct timeval start, end;
    double elapsed;

    gettimeofday(&start, NULL);  // 获取开始时间

    // 这里放置需要计时的代码
    for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
        // 一些耗时操作
    }

    gettimeofday(&end, NULL);  // 获取结束时间

    elapsed = (end.tv_sec - start.tv_sec) + (end.tv_usec - start.tv_usec) / 1000000.0;  // 计算时间差

    printf("Elapsed time: %.6f seconds\n", elapsed);

    return 0;
}

C++风格时间

C++11标准引入了<chrono> 库是。它提供了C++版的时间和日期处理函数和数据类型，并且它是跨平台的，在开始时不用考虑平台上的差异，他包含以下内容：

1. 时钟（Clocks）：

   • system_clock：表示系统的实时时钟，通常与当前日期和时间相关联。
   • steady_clock：一个稳定的时钟，不会因为系统时间的调整而改变，适用于测量时间间隔。
   • high_resolution_clock：系统中具有最高分辨率的时钟，通常是 system_clock 或 steady_clock 的别名。

   一般来说steady_clock有比system_clock更高的时间精度，具有纳秒级别的时间精度。

2. 时间点（Time Points）：

   • time_point：表示一个特定的时间点，通常与某个时钟相关联，可以选择上面介绍的三种时钟之一。例如：

     std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now = std::chrono::system_clock::now();

3. 时间间隔（Durations）：
   std::chrono::duration 是 C++ 标准库中的一个类模板，用于表示时间间隔。

   namespace std::chrono {
       template <class Rep, class Period = std::ratio<1>>
       class duration;
   }

   • Rep：表示存储时间值的类型（如 int、long long、double 等）。
   • Period：表示时间单位，相对于秒的比例（如 std::ratio<1> 表示秒，std::milli 表示毫秒）。

4. 时间转换和格式化：

   • duration_cast：用于在不同的时间单位之间进行转换。例如：

     auto milliseconds = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(elapsed_seconds);

   • time_point_cast：用于在不同的时间点类型之间进行转换。例如：

     auto tp_ms = std::chrono::time_point_cast<std::chrono::milliseconds>(now);

   • to_time_t：可以将 system_clock 的时间点转换为 time_t 类型，以便与C风格的日期时间函数交互。例如：

     std::time_t now_c = std::chrono::system_clock::to_time_t(now);

用例

一段使用chrono统计代码耗时的代码如下

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>

int main() {
    // 记录开始时间
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    // 需要测量的代码块
    for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {
        // 模拟一些耗时操作
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::microseconds(1));
    }

    // 记录结束时间
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    // 计算耗时
    std::chrono::duration<double> elapsed = end - start;

    // 输出耗时
    std::cout << "Elapsed time: " << elapsed.count() << " seconds" << std::endl;

    return 0;
}

参考文章

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Chrono in C++ - GeeksforGeeks

C++ 日期 & 时间 | 菜鸟教程