《深入应用C++11》笔记-时间相关工具chrono，duration、time_point、clock

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chrono是一个模版库，包含了一系列时间相关功能。

duration

std::chrono::duration 和字面意思一样，表示一段时间，原型是一个模板类：

template<
    class Rep, 
    class Period = std::ratio<1> 
> class duration;

Rep表示一种数值类型，用来表示Period的数量，比如int、float。
Period是ratio类型，代表用秒表示的时间单位，默认为std::ratio<1> ，std::ratio代表一个分数，如下代码，N是分子，D是分母。

template <intmax_t N, intmax_t D = 1> struct ratio;

Period是std::ratio<1>时，说明分数为1/1，也就是1秒。

在chrono中预定义了一系列的duration：

typedef duration<long long, nano> nanoseconds;
typedef duration<long long, micro> microseconds;
typedef duration<long long, milli> milliseconds;
typedef duration<long long> seconds;
typedef duration<int, ratio<60> > minutes;
typedef duration<int, ratio<3600> > hours;

以seconds为例，Period为std::ratio<1>代表1s，std::chrono::seconds(10)就代表10秒。
以minutes为例，Period为std::ratio<60>代表60s，std::chrono::minutes(10)就代表10分钟。
以milliseconds为例，Period为milli（typedef ratio<1, 1000>）代表1/1000s，std::chrono::minutes(10)就代表10毫秒。

duration对象常用于std::this_thread::sleep_for、std::timed_mutex::try_lock_for等函数，作为入参：

std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(10));  // 等待10s

另外，C++11还提供了duration之间的类型转换duration_cast，用于不同时间精度间的装换：

#include <iostream>
#include <chrono>

int main()
{
    std::chrono::seconds scd(10);
    std::cout << scd.count() << std::endl;   // 10
    std::cout << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(scd).count() << std::endl;     // 10000

    return 0;
}

// 精度高转换成精度低的时候会导致精度丢失，需要注意
#include <iostream>
#include <chrono>

int main()
{
    std::chrono::milliseconds scd(10001);
    std::cout << scd.count() << std::endl;      // 10001
    std::cout << std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(scd).count() << std::endl;                     // 10

    return 0;
}

time_point

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std::chrono::time_point用于表示一个时间点，需要为时间点指定参考时钟（clock，clock类需要满足指定要求，详见https://zh.cppreference.com/w/cpp/named_req/Clock)和相对于参考时钟步进值。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。

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

例如以下代码，其中system_clock::time_point被定义为time_point，system_clock是C++11实现的clock类(一般是从格林威治标准时间开始)，此处作为time_point模板的第一个类型，第二个类型Clock::duration被定义为microseconds，也就是说time_point表示从格林威治标准时间(1970-01-01 00:00:00.000)开始到指定时间的毫秒数。

#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std::chrono;

int main()
{
    system_clock::time_point now = system_clock::now();  // now表示当前时间到格林威治标准时间的毫秒数
    //等效于time_point<system_clock> now = system_clock::now();

    std::cout << now.time_since_epoch().count() << std::endl;  // 1534602834436896
    return 0;
}

time_point对象常用于std::this_thread::sleep_until、std::timed_mutex::try_lock_until等函数，作为入参：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
using namespace std::chrono;

int main()
{
    system_clock::time_point until = system_clock::now();
    until += seconds(5);
    std::this_thread::sleep_until(until);   // 一直等待到当前时间加上5s之后的时间点

    return 0;
}

同样，time_point也支持精度装换time_point_cast：

#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std::chrono;

int main()
{
    time_point<system_clock> now = system_clock::now();
    std::cout << now.time_since_epoch().count() << std::endl;  // 毫秒级

    time_point<system_clock, hours> hour_now =
        time_point_cast<hours>(system_clock::now());
    std::cout << hour_now.time_since_epoch().count() << std::endl;   // 小时级

    return 0;
}

clock

C++11新增了时钟的概念，时钟 (Clock) 概念描述由 std::chrono::duration 、 std::chrono::time_point 和获取当前 time_point 的函数 now() 组成的一束内容，将时钟的 time_point 原点定为时钟的纪元。C++11中有三种时钟：system_clock，steady_clock和high_resolution_clock。

system_clock表示本地系统的时钟，因此是不稳定的，因为有可能被修改，上文已经举例了一些它的用法，下面再列举一个常用的显示当前系统时间的用法：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <ctime>
#include <iomanip>
using namespace std::chrono;

int main()
{
    time_point<system_clock> now = system_clock::now();
    time_t t_now = system_clock::to_time_t(now);
    tm* tm_now = std::localtime(&t_now);
    std::cout << std::put_time(tm_now, "%Y-%m-%d %H:%M:%S") << std::endl;

    return 0;
}

steady_clock表示稳定的时间间隔，后一次调用now()得到的时间总是比前一次的值大（如果中途修改了系统时间，也不影响now()的结果），所以通常用来计算时间间隔：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
using namespace std::chrono;

int main()
{
    time_point<steady_clock> begin_time = steady_clock::now();
    std::this_thread::sleep_for(milliseconds(10));
    time_point<steady_clock> end_time = steady_clock::now();

    // steady_clock的精度为纳秒，装换成毫秒输出
    std::cout << duration_cast<milliseconds>(end_time - begin_time).count() << std::endl;

    getchar();
    return 0;
}

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，或第三个独立时钟。在我的实验的机器中被定义为：

typedef steady_clock high_resolution_clock;