C++中Boost.Chrono時間庫的使用方法

前言

大家應(yīng)該都有所體會，時鐘這個東西在程序中扮演者重要的角色，在系統(tǒng)編程的時候睡眠、帶超時的等待、帶超時的條件變量、帶超時的鎖都會用到，但是往往對特定系統(tǒng)依賴性很大，感覺即使不考慮系統(tǒng)的跨平臺性，如果能使用一個穩(wěn)定的接口，同時如果能夠方便的對時刻、時段等進(jìn)行相關(guān)的操作和運(yùn)算，將是再好不過的了。

在boost庫中和時間相關(guān)的庫有Boost.DateTime和Boost.Chrono，前者專注于時間時刻以及本地化相關(guān)的內(nèi)容，而后者主要是時刻、時長和時間的計(jì)算等內(nèi)容。當(dāng)然，C++11標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)支持std::chrono了，但是為了兼容老編譯系統(tǒng)現(xiàn)在很多C++庫和程序都使用boost.chrono作為時間類庫(還有的原因就是std::chrono沒有收錄boost.chrono的所有功能，比如統(tǒng)計(jì)CPU使用時間、自定義時間輸出格式等)，不過比較可惜的是即便使用boost::chrono作為權(quán)宜之計(jì)，也需要boost-1.47版本之上才行，而現(xiàn)在比較舊的發(fā)行版需要升級boost庫才可以使用。想想現(xiàn)在RHEL-6.x仍然被大規(guī)模的部署，而且RedHat要為這貨提供長達(dá)十年的技術(shù)支持，真不知道啥時候才能順順利利的享受C++11……

Boost.Chrono的時間類型分為duration和time_point，也就是時長和時刻兩類，很多概念和接口都是圍繞這兩個維度去定義和實(shí)現(xiàn)的。

一、Clock

clock是Boost.Chrono中的重要概念，而且這些clock都包含一個now()的成員函數(shù)，用于返回當(dāng)前的time_point。Boost.Chrono包含的clock類型有：

　　(1) chrono::system_clock 代表系統(tǒng)時間，比如電腦上顯示的當(dāng)前時間，其特點(diǎn)是這個時間可以被用戶手動設(shè)置更新，所以這個時鐘是可以和外部時鐘源同步的。這個時鐘還有一個to_time_t()成員函數(shù)，用于返回自1970.1.1開始到某個時間點(diǎn)所經(jīng)過的秒數(shù)，數(shù)據(jù)類型是std::time_t。這種時鐘通常用來轉(zhuǎn)換成日歷時間使用。

　　(2) chrono::steady_clock 其特點(diǎn)是時間是單調(diào)增長的，后一個時刻訪問得到的時間點(diǎn)肯定比之前時刻得到的時間點(diǎn)要晚，即使我們手動將系統(tǒng)時間向前調(diào)整了也不會改變這個時鐘穩(wěn)步向前推行累計(jì)，其也被稱為monotonic time，該時鐘是均勻增長且不能被調(diào)整，其特性對于很多不允許時間錯亂的系統(tǒng)是十分重要的。chrono::steady_clock通常是基于系統(tǒng)啟動時間來計(jì)時的，而且常常用來進(jìn)行耗時、等待等工作使用。

　　(3) chrono::high_resolution_clock 依賴于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，通常是上面兩種時鐘的某個宏定義，取決于哪個時鐘源更為的精確，所以其輸出也決定于取決于上面哪個clock來實(shí)現(xiàn)的。

　　(4) chrono::process_real_cpu_clock 表示自進(jìn)程啟動以來使用的CPU時間，而這個數(shù)據(jù)也可以通過使用std::clock()來獲得。chrono::process_user_cpu_clock、boost::chrono::process_system_cpu_clock表示自進(jìn)程啟動以來，在用戶態(tài)、內(nèi)核態(tài)所花費(fèi)的時間，而所有的這些事件可以通過chrono::process_cpu_clock來獲得，他返回上面所有時間組成的一個tuple結(jié)構(gòu)。

　　(5) chrono::thread_clock 返回基于線程統(tǒng)計(jì)的花費(fèi)時間，而且不區(qū)分用戶態(tài)、內(nèi)核態(tài)的時間。

二、time_point

time_point代表時間點(diǎn)，其等價于某個時刻(clock)+duration的結(jié)果，同時兩個time_point做減法也可以得到一個duration。time_point常見的描述為：3分鐘之后、2038年1月1日10:32:23、定時器啟動后的20ms……

上面的clock都有一個now()成員函數(shù)，其返回的就是chrono::time_point類型。這個類型使用一個模板來實(shí)現(xiàn)的，所以其實(shí)際類型極度依賴于所選擇的時鐘源。

Boost.Chrono有一個chrono::time_point_cast轉(zhuǎn)換函數(shù)，可以顯式從高粒度向低粒度對time_point進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

chrono::process_real_cpu_clock::time_point p = chrono::process_real_cpu_clock::now();
std::cout << chrono::time_point_cast<minutes>(p) << '\n';

三、duration

關(guān)于時長，chrono::duration也是一個模板類型，其第一個模板參數(shù)表明存儲所用的數(shù)據(jù)類型(int、long、double等)，第二個模板參數(shù)表示ratio(比如24、60、1000等)。為了方便用戶的使用，Boost.Chrono提供了duration常用的六種時間類型，且他們都用一個足夠大的整數(shù)進(jìn)行內(nèi)部保存，其計(jì)量值可以用count()成員函數(shù)得到：

chrono::nanoseconds、chrono::milliseconds、chrono::microseconds、chrono::seconds、chrono::minutes、chrono::hours，而且為這些類型都重載了計(jì)算操作符：+、-、<等，方便時間的計(jì)算和比較。文檔說傳統(tǒng)的Boost.DateTime是用繼承實(shí)現(xiàn)的，相比而言Boost.Chrono更加的簡潔高效，而且和前者保持了一致的接口。

chrono::steady_clock::time_point start = chrono::steady_clock::now();
...
chrono::duration<double> sec = chrono::steady_clock::now() - start;
std::cout << "we took " << sec.count() << " seconds\n";
auto go = chrono::steady_clock::now() + chrono::nanoseconds(500); 
while (chrono::steady_clock::now() < go) 
... ;

上面的六種time_point類型表示的維度不一，粗粒度的時長肯定能用細(xì)粒度的類型表示，反之則可能丟失精度，所以需要使用chrono::duration_cast()函數(shù)做顯式的轉(zhuǎn)換。

可能上面六種類型的時間不咋的，但重點(diǎn)是現(xiàn)在boost::chrono被廣為使用在boost的其他庫里面，比如我們看一個條件變量的帶超時等待的原型：

template< typename Clock, typename Duration >
cv_status wait_until( std::unique_lock< mutex > & lk,
      std::chrono::time_point< Clock, Duration > const& abs_time);
      
template< typename Rep, typename Period >
cv_status wait_for( std::unique_lock< mutex > & lk,
     std::chrono::duration< Rep, Period > const& rel_time);

這就意味著我們可以直接將chrono::minutes{2}這樣的duration對象丟給這個函數(shù)就好了，創(chuàng)建任意精度的時長都很方便，而不用像以前一樣關(guān)注函數(shù)接口有人用seconds、有人用milliseconds、有人用timeval了。

現(xiàn)在boost庫和標(biāo)準(zhǔn)庫中，基于時間段超時的函數(shù)都具有for后綴，而基于時間點(diǎn)超時的變量具有until后綴，比如this_thread::sleep_for()和this_thread::sleep_until()類似的還有：wait、try_lock、unique_lock用于條件變量、mutex互斥、unique_lock操作。

四、自定義格式的時間輸出

通過time_fmt()可以對時刻進(jìn)行格式化輸出，使用的時候需要包含頭文件。

time_fmt(boost::chrono::timezone::local, "%H:%M:%S");
time_fmt(boost::chrono::timezone::utc, "%H:%M:%S");

參考

Chapter 37. Boost.Chrono

Chapter 8. Boost.Chrono 2.0.5

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作能帶來一定的幫助，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對億速云的支持。