好的，让我们开始一场关于 C++ std::chrono 的深度旅行，目标是让你彻底掌握时间点、时长和时钟的奥秘，并能像时间旅行者一样操控它们。准备好了吗？系好安全带，我们要起飞了！
开场白：时间是个啥？
各位观众，晚上好！今天我们要聊的是一个既熟悉又陌生的东西：时间。说它熟悉，是因为我们每天都在和它打交道；说它陌生，是因为它实在太抽象了。在计算机世界里，时间更是个磨人的小妖精，一不小心就会让你掉进各种陷阱。
C++ 的 std::chrono 库就是你的时间武器库，它提供了一套强大的工具，让你能够精确地测量、表示和操作时间。掌握了它，你就能像一位时间大师一样，掌控你的代码的时序。
第一幕：时间点 (Time Point) – 宇宙中的坐标
想象一下，时间点就像宇宙中的一个坐标，它代表着时间轴上的一个特定位置。std::chrono::time_point 就是 C++ 中表示时间点的工具。
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time_point的基本概念time_point依赖于两个要素：- 时钟 (Clock): 决定了时间点的起点（epoch）和时间流逝的速度。
- 时长 (Duration): 从时钟的起点到该时间点所经过的时间。
简单来说，
time_point就是 "哪个时钟的起点 + 过了多久"。 -
time_point的声明和初始化#include <iostream> #include <chrono> int main() { // 使用 system_clock 获取当前时间点 std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now = std::chrono::system_clock::now(); // 也可以使用 duration 进行初始化 std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> later = now + std::chrono::seconds(10); std::cout << "现在的时间点: " << std::chrono::system_clock::to_time_t(now) << std::endl; std::cout << "10秒后的时间点: " << std::chrono::system_clock::to_time_t(later) << std::endl; return 0; }代码解读：
std::chrono::system_clock::now()获取当前系统时钟的时间点。now + std::chrono::seconds(10)在当前时间点上加上 10 秒，得到一个新的时间点。std::chrono::system_clock::to_time_t()将time_point转换为time_t类型，方便输出（但要注意精度损失）。
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time_point的运算time_point支持加减运算，可以加上或减去一个duration，得到一个新的time_point。 也可以计算两个time_point之间的差值，得到一个duration。#include <iostream> #include <chrono> int main() { std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> start = std::chrono::system_clock::now(); // 模拟一些耗时操作 for (int i = 0; i < 1000000; ++i) { // do nothing } std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> end = std::chrono::system_clock::now(); // 计算时间差 std::chrono::duration<double> elapsed_seconds = end - start; std::cout << "耗时: " << elapsed_seconds.count() << " 秒" << std::endl; return 0; }这段代码演示了如何使用
time_point测量一段代码的执行时间。
第二幕：时长 (Duration) – 时间的长度
时长 (Duration) 表示时间的长度，比如 10 秒、5 分钟、2 小时等等。std::chrono::duration 就是 C++ 中表示时长的工具。
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duration的基本概念duration包含两个要素：- 数值 (Rep): 表示时长的数值，可以是整数或浮点数。
- 时间单位 (Period): 表示数值的单位，比如秒、毫秒、纳秒等等。
duration的类型定义如下：template <class Rep, class Period = std::ratio<1>> class duration;Period是一个std::ratio类型，表示时间单位的比例。例如，std::ratio<1, 1000>表示 1/1000 秒，也就是 1 毫秒。 -
预定义的
duration类型std::chrono库预定义了一些常用的duration类型，方便使用：类型 单位 std::chrono::nanoseconds纳秒 std::chrono::microseconds微秒 std::chrono::milliseconds毫秒 std::chrono::seconds秒 std::chrono::minutes分钟 std::chrono::hours小时 -
duration的声明和初始化#include <iostream> #include <chrono> int main() { // 使用预定义的类型 std::chrono::seconds ten_seconds(10); std::chrono::milliseconds fifty_milliseconds(50); // 使用自定义的类型 std::chrono::duration<double, std::ratio<60>> one_minute(1); // double 类型的分钟 std::cout << "10 秒: " << ten_seconds.count() << " 秒" << std::endl; std::cout << "50 毫秒: " << fifty_milliseconds.count() << " 毫秒" << std::endl; std::cout << "1 分钟: " << one_minute.count() << " 分钟" << std::endl; return 0; }代码解读：
std::chrono::seconds(10)创建一个表示 10 秒的duration对象。std::chrono::duration<double, std::ratio<60>>(1)创建一个表示 1 分钟的duration对象，数值类型为double。duration.count()返回duration的数值。
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duration的运算duration支持加减乘除运算，可以进行时长的加减、缩放等操作。#include <iostream> #include <chrono> int main() { std::chrono::seconds ten_seconds(10); std::chrono::milliseconds fifty_milliseconds(50); // 加法 std::chrono::duration auto total_time = ten_seconds + fifty_milliseconds; std::cout << "总时长: " << total_time.count() << " 秒" << std::endl; //注意精度转换 // 乘法 std::chrono::duration auto doubled_time = ten_seconds * 2; std::cout << "双倍时长: " << doubled_time.count() << " 秒" << std::endl; // 除法 std::chrono::duration auto half_time = ten_seconds / 2; std::cout << "一半时长: " << half_time.count() << " 秒" << std::endl; return 0; } -
duration_cast– 时长转换的魔法棒duration_cast可以将一个duration转换为另一个duration类型。这在处理不同时间单位时非常有用。#include <iostream> #include <chrono> int main() { std::chrono::seconds ten_seconds(10); // 转换为毫秒 std::chrono::milliseconds ten_seconds_in_milliseconds = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(ten_seconds); std::cout << "10 秒等于 " << ten_seconds_in_milliseconds.count() << " 毫秒" << std::endl; // 转换为纳秒 std::chrono::nanoseconds ten_seconds_in_nanoseconds = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(ten_seconds); std::cout << "10 秒等于 " << ten_seconds_in_nanoseconds.count() << " 纳秒" << std::endl; return 0; }重要提示：
duration_cast可能会导致精度损失，尤其是在将高精度的时间单位转换为低精度的时间单位时。
第三幕：时钟 (Clock) – 时间的裁判
时钟 (Clock) 决定了时间流逝的速度和时间点的起点 (epoch)。std::chrono 库提供了几种不同的时钟类型，每种时钟都有其特定的用途。
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clock的基本概念clock包含以下三个要素：time_point: 表示当前时间的类型。duration: 表示时钟的最小刻度。is_steady: 一个static const bool值，表示时钟是否稳定。 稳定时钟意味着它的时间永远不会向后跳跃。
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常用的时钟类型
时钟类型 描述 is_steadystd::chrono::system_clock系统时钟，表示当前的系统时间。可能会受到系统时间调整的影响。 可能为 false std::chrono::steady_clock稳定时钟，保证时间永远不会向后跳跃。适合用于测量时间间隔。 true std::chrono::high_resolution_clock提供最高可能精度的时钟。可能是 system_clock或steady_clock的别名。取决于实现 -
选择合适的时钟
- 如果你需要获取当前的系统时间，可以使用
system_clock。 - 如果你需要测量时间间隔，并且需要保证时间的单调性，可以使用
steady_clock。 - 如果你需要最高可能精度的时钟，可以使用
high_resolution_clock。
- 如果你需要获取当前的系统时间，可以使用
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时钟的使用示例
#include <iostream> #include <chrono> int main() { // 获取 system_clock 的当前时间 std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> system_now = std::chrono::system_clock::now(); std::time_t system_time = std::chrono::system_clock::to_time_t(system_now); std::cout << "系统时间: " << std::ctime(&system_time); // 获取 steady_clock 的当前时间 std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> steady_start = std::chrono::steady_clock::now(); // 模拟一些耗时操作 for (int i = 0; i < 1000000; ++i) { // do nothing } std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> steady_end = std::chrono::steady_clock::now(); // 计算时间差 std::chrono::duration<double> elapsed_seconds = steady_end - steady_start; std::cout << "耗时: " << elapsed_seconds.count() << " 秒" << std::endl; return 0; }代码解读：
std::chrono::system_clock::now()获取system_clock的当前时间点。std::chrono::steady_clock::now()获取steady_clock的当前时间点。std::ctime()将time_t类型的时间转换为可读的字符串。
第四幕：时间区 (Time Zone) – 地球上的时间差异
C++20 引入了对时区 (Time Zone) 的支持，这使得处理跨时区的时间变得更加容易。
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time_zone的基本概念time_zone表示一个特定的地理区域，该区域使用相同的时区规则。 -
time_zone的获取#include <iostream> #include <chrono> int main() { // 获取本地时区 std::chrono::time_zone const* local_tz = std::chrono::locate_zone("Asia/Shanghai"); // 使用具体时区名称 if (local_tz) { std::cout << "本地时区: " << local_tz->name() << std::endl; } else { std::cerr << "无法找到本地时区" << std::endl; } return 0; }注意： 需要包含
<chrono>头文件，并且编译器需要支持 C++20。locate_zone函数接受一个时区名称作为参数。 时区名称通常采用 "Area/Location" 的格式，例如 "America/New_York" 或 "Europe/London"。 你可以使用std::chrono::get_tzdb().list_zones()获取所有可用的时区名称. 如果给定的时区名称无效，locate_zone函数将返回nullptr。 -
zoned_time– 带时区的时间zoned_time将time_point和time_zone关联起来，表示一个带时区的时间。#include <iostream> #include <chrono> int main() { // 获取当前时间 std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now = std::chrono::system_clock::now(); // 获取本地时区 std::chrono::time_zone const* local_tz = std::chrono::locate_zone("Asia/Shanghai"); // 创建 zoned_time 对象 std::chrono::zoned_time local_time(local_tz, now); std::cout << "本地时间: " << local_time << std::endl; return 0; }这段代码演示了如何创建一个
zoned_time对象，并输出本地时间。 -
时区转换
zoned_time可以方便地进行时区转换。#include <iostream> #include <chrono> int main() { // 获取当前时间 std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now = std::chrono::system_clock::now(); // 获取本地时区 std::chrono::time_zone const* shanghai_tz = std::chrono::locate_zone("Asia/Shanghai"); // 创建 zoned_time 对象 (上海时间) std::chrono::zoned_time shanghai_time(shanghai_tz, now); // 获取纽约时区 std::chrono::time_zone const* new_york_tz = std::chrono::locate_zone("America/New_York"); // 转换为纽约时间 std::chrono::zoned_time new_york_time(new_york_tz, shanghai_time.get_local_time()); //注意 这里需要获取local_time std::cout << "上海时间: " << shanghai_time << std::endl; std::cout << "纽约时间: " << new_york_time << std::endl; return 0; }代码解读：
shanghai_time.get_local_time()获取shanghai_time的本地时间，然后将其传递给new_york_time的构造函数，完成时区转换。
第五幕：时间格式化 (Formatting) – 让时间更易读
std::chrono 结合 std::format (C++20) 提供了强大的时间格式化功能。
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格式化字符串
std::format使用格式化字符串来控制时间的输出格式。 一些常用的格式化选项如下：格式化选项 描述 %Y四位数的年份 %m月份 (01-12) %d日期 (01-31) %H小时 (00-23) %M分钟 (00-59) %S秒 (00-59) %F毫秒 (千分之一秒) %p上午或下午 (AM/PM) %Z时区名称 %zUTC 偏移量 (+HHMM 或 -HHMM) -
时间格式化示例
#include <iostream> #include <chrono> #include <format> int main() { // 获取当前时间 std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now = std::chrono::system_clock::now(); // 格式化时间 std::string formatted_time = std::format("{:%Y-%m-%d %H:%M:%S}", now); std::cout << "格式化后的时间: " << formatted_time << std::endl; // 带毫秒的时间 std::string formatted_time_with_ms = std::format("{:%Y-%m-%d %H:%M:%S.%F}", now); std::cout << "带毫秒的格式化时间: " << formatted_time_with_ms << std::endl; // 带时区的时间 std::chrono::time_zone const* local_tz = std::chrono::locate_zone("Asia/Shanghai"); std::chrono::zoned_time local_time(local_tz, now); std::string formatted_time_with_tz = std::format("{:%Y-%m-%d %H:%M:%S %Z %z}", local_time); std::cout << "带时区的格式化时间: " << formatted_time_with_tz << std::endl; return 0; }注意： 要使用
std::format，需要确保你的编译器支持 C++20，并且包含<format>头文件。 如果你的编译器不支持std::format，可以使用std::put_time代替，但std::put_time的功能相对较弱。
总结：时间大师的炼成
恭喜你！经过这场时间之旅，你已经掌握了 C++ std::chrono 库的核心概念和用法。现在，你可以自信地处理时间点、时长和时钟，并能像一位时间大师一样操控它们。
记住，时间是一种宝贵的资源，合理地利用它可以让你的代码更加高效和可靠。
最后忠告：
- 务必理解不同时钟的特性，选择合适的时钟类型。
- 注意
duration_cast导致的精度损失。 - 善用
std::format格式化时间，让时间信息更易读。 - C++20 引入的时区支持，让跨时区的时间处理变得更加简单。
希望这篇文章能帮助你更好地理解和使用 C++ std::chrono 库。祝你编程愉快，时间掌控自如！