从入门到精通C++11 ＜chrono＞库特性

2025-06-29 10:52 开发作者：码事漫谈

一、引言

在 C++11 标准中，引入了许多新的库特性，其中 <chrono> 库为时间处理提供了强大而灵活的支持。这个库使得在 C++ 中处理时间变得更加方便和精确，无论是简单的计时任务，还是复杂的时间计算和日期处理，<chrono> 库都能胜任。本文将带领小白读者从入门到精通 C++11 的 <chrono> 库。

1.1 为什么需要<chrono>库

在 C++11 之前，C++ 对于时间处理的支持相对有限，通常需要借助 C 标准库中的 <ctime> 头文件。然而，<ctime> 提供的功能较为基础，缺乏类型安全和灵活性。<chrono> 库的出现弥补了这些不足，它提供了一套完整的时间处理体系，包括时间点、时间段和时钟等概念。

1.2<chrono>库的基本概念

在深入了解 <chrono> 库之前，我们需要先了解几个基本概念：

时间点（Time Point）：表示某个特定的时间瞬间，例如 2025 年 6 月 27 日 19 时 05 分 21 秒。
时间段（Duration）：表示两个时间点之间的间隔，例如 1 小时、2 分钟等。
时钟（Clock）：用于测量时间的设备，不同的时钟可能具有不同的精度和特性。

从入门到精通C++11 ＜chrono＞库特性

二、时间段（Duration）

2.1 基本定义和使用

在 <chrono> 库中，时间段由 std::chrono::duration 模板类表示。duratiobEDuDJDMEn 模板类接受两个模板参数：Rep 和 Period。Rep 表示时间段的计数类型，通常是整数或浮点数；Period 表示时间段的单位，是一个 std::ratio 类型的模板参数。

以下是一个简单的示例，展示了如何定义和使用 duration：

#include <IOStream>
#include <chrono>
int main() {
    // 定义一个表示 5 秒的时间段
    std::chrono::duration<int> fiveSeconds(5);
    std::cout << "Five seconds is " << fiveSeconds.count() << " seconds." << std::endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个 std::chrono::duration<int> 类型的对象 fiveSeconds，它表示 5 秒的时间段。count() 成员函数用于获取时间段的计数值。

2.2 常用的时间段类型别名

为了方便使用，<chrono> 库提供了一些常用的时间段类型别名，例如 std::chrono::nanoseconds、std::chrono::microseconds、std::chrono::milliseconds、std::chrono::seconds、std::chrono::minutes 和 std::chrono::hours。这些类型别名的定义如下：

using nanoseconds  = duration</* signed integer type of at least 64 bits */, nano>;
using microseconds = duration</* signed integer type of at least 55 bits */, micro>;
using milliseconds = duration</* signed integer type of at least 45 bits */, milli>;
using seconds      = duration</* signed integer type of at least 35 bits */>;
using minutes      = duration</* signed integer type of at least 29 bits */, ratio<  60>>;
using hours        = duration</* signed integer type of at least 23 bits */, ratio<3600>>;

以下是一个使用这些类型别名的示例：

#include <iostream>
#include <chrono>
int main() {
    // 定义一个表示 2 小时的时间段
    std::chrono::hours twoHours(2);
    // 将 2 小时转换为分钟
    std::chrono::minutes minutesInTwoHours = std::chrono::duration_cast<std::chrono::minutes>(twoHours);
    std::cout << "Two hours is " << minutesInTwoHours.count() << " minutes." << std::endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们使用 std::chrono::hours 类型别名定义了一个表示 2 小时的时间段，然后使用 std::chrono::duration_cast 函数将其转换为 std::chrono::minutes 类型。

2.3 时间段的算术运算

<chrono> 库支持对时间段进行各种算术运算，例如加法、减法、乘法和除法。以下是一些示例：

#include <iostream>
#include <chrono>
int main() {
    std::chrono::seconds fiveSeconds(5);
    std::chrono::seconds threeSeconds(3);
    // 加法运算
    std::chrono::seconds eightSeconds = fiveSeconds + threeSeconds;
    std::cout << "Five seconds + 编程three seconds = " << eightSeconds.count() << " seconds." << std::endl;
    // 减法运算
    std::chrono::seconds twoSeconds = fiveSeconds - threeSeconds;
    std::cout << "Five seconds - three seconds = " << twoSeconds.count() << " seconds." << std::endl;
    // 乘法运算
    std::chrono::seconds tenSeconds = fiveSeconds * 2;
    std::cout << "Five seconds * 2 = " << tenSeconds.count() << " seconds." << std::endl;
    // 除法运算
    std::chrono::seconds halfFiveSeconds = fiveSeconds / 2;
    std::cout << "Five seconds / 2 = " << halfFiveSeconds.count() << " seconds." << std::endl;
    return 0;
}

三、时间点（Time Point）

3.1 基本定义和使用

时间点由 std::chrono::time_point 模板类表示。time_point 模板类接受两个模板参数：Clock 和 Duration。Clock 表示使用的时钟类型，Duration 表示时间点相对于时钟起始点的时间段。

以下是一个简单的示例，展示了如何定义和使用 time_point：

#include <iostream>
#include <chrono>
int main() {
    // 获取当前时间点
    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now = std::chrono::system_clock::now();
http://www.devze.com    std::cout << "Current time point: " << std::chrono::system_clock::to_time_t(now) bEDuDJDME<< std::endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们使用 std::chrono::system_clock::now() 函数获取当前时间点，然后使用 std::chrono::system_clock::to_time_t() 函数将其转换为 std::time_t 类型，以便输出。

3.2 时间点的比较和运算

<chrono> 库支持对时间点进行比较和运算。可以使用比较运算符（如 ==、!=、<、<=、> 和 >=）来比较两个时间点的先后顺序。还可以对时间点进行加法和减法运算，例如在一个时间点上加上一个时间段得到一个新的时间点，或者计算两个时间点之间的时间段。

以下是一些示例：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
int main() {
    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> start = std::chrono::system_clock::now();
    // 模拟一些耗时操作
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> end = std::chrono::system_clock::now();
    // 计算两个时间点之间的时间段
    std::chrono::duration<double> elapsed_seconds = end - start;
    std::cout << "Elapsed time: " << elapsed_seconds.count() << " seconds." << std::endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们记录了程序开始和结束的时间点，然后计算了两个时间点之间的时间段。

3.3 时间点的转换

有时候，我们需要将一个时间点从一个时钟转换到另一个时钟。<chrono> 库提供了 std::chrono::clock_time_conversion 模板类来实现这个功能。不过，不同时钟之间的转换可能需要考虑一些复杂的因素，例如时钟的精度和偏移量。

四、时钟（Clock）

4.1 系统时钟（System Clock）

std::chrono::system_clock 是最常用的时钟类型，它表示系统的实时时钟。system_clock 可以用于获取当前时间、将时间点转换为 std::time_t 类型等。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <ctime>
int main() {
    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now = std::chrono::system_clock::now();
    std::time_t now_c = std::chrono::system_clock::to_time_t(now);
    std::cout << "Current time: " << std::ctime(&now_c);
    return 0;
}

在这个示例中，我们使用 std::chrono::system_clock::now() 函数获取当前时间点，然后使用 std::chrono::system_clock::to_time_t() 函数将其转换为 std::time_t 类型，最后使用 std::ctime() 函数将其转换为字符串输出。

4.2 稳定时钟（Steady Clock）

std::chrono::steady_clock 是一个单调递增的时钟，它不会受到系统时间调整的影响。因此，steady_clock 非常适合用于测量时间间隔，例如程序的运行时间。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
int main() {
    std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> start = std::chrono::steady_clock::now();
    // 模拟一些耗时操作
    std::this_tjshread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> end = std::chrono::steady_clock::now();
    std::chrono::duration<double> elapsed_seconds = end - start;
    std::cout << "Elapsed time: " << elapsed_seconds.count() << " seconds." << std::endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们使用 std::chrono::steady_clock 来测量程序的运行时间，确保测量结果不受系统时间调整的影响。

4.3 高分辨率时钟（High Resolution Clock）

std::chrono::high_resolution_clock 是一个具有最高精度的时钟。不过，它的具体实现可能因平台而异，有些平台可能将其定义为 system_clock 或 steady_clock。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <chrono>
int main() {
    std::chrono::time_point<std::chrono::high_resolution_clock> start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    // 执行一些操作
    for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {
        // do something
    }
    std::chrono::time_point<std::chrono::high_resolution_clock> end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::chrono::duration<double> elapsed_seconds = end - start;
    std::cout << "Elapsed time: " << elapsed_seconds.count() << " seconds." << std::endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们使用 std::chrono::high_resolution_clock 来测量一个简单循环的执行时间。

五、实际应用场景

5.1 性能测试

<chrono> 库可以用于对程序的性能进行测试。通过记录程序开始和结束的时间点，计算它们之间的时间段，我们可以得到程序的运行时间。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <vector>
void fillVector(std::vector<int>& vec, int size) {
    for (int i = 0; i < size; ++i) {
        vec.push_back(i);
    }
}
int main() {
    std::vector<int> myVector;
    std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> start = std::chrono::steady_clock::now();
    fillVector(myVector, 1000000);
    std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> end = std::chrono::steady_clock::now();
    std::chrono::duration<double> elapsed_seconds = end - start;
    std::cout << "Time to fill vector: " << elapsed_seconds.count() << " seconds." << std::endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们使用 std::chrono::steady_clock 来测量 fillVector 函数的执行时间。

5.2 定时任务

<chrono> 库还可以用于实现定时任务。通过在某个时间点上加上一个时间段，我们可以得到一个未来的时间点，然后在程序中等待直到这个时间点的到来。以下是一个示例：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
int main() {
    // 定义一个 5 秒后的时间点
    std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> futureTime = std::chrono::steady_clock::now() + std::chrono::seconds(5);
    std::cout << "Waiting for 5 seconds..." << std::endl;
    std::this_thread::sleep_until(futureTime);
    std::cout << "5 seconds have passed." << std::endl;
    return 0;
}

在这个示例中，我们使用 std::chrono::steady_clock::now() 函数获取当前时间点，然后加上一个 5 秒的时间段得到一个未来的时间点，最后使用 std::this_thread::sleep_until() 函数等待直到这个时间点的到来。

六、总结

<chrono> 库是 C++11 中一个非常强大和实用的库，它为时间处理提供了丰富的功能和类型安全的接口。通过本文的介绍，我们了解了 <chrono> 库的基本概念，包括时间点、时间段和时钟，以及如何使用它们进行时间计算和处理。同时，我们还介绍了 <chrono> 库在性能测试和定时任务等实际应用场景中的使用方法。希望本文能够帮助小白读者快速入门和掌握 C++11 的 <chrono> 库。

到此这篇关于从入门到精通C++11 ＜chrono＞库特性的文章就介绍到这了,更多相关C++＜chrono＞库内容请搜索编程客栈(www.devze.com)以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程客栈(www.devze.com)！

继续阅读：C++ chrono 库 C++ chrono 库特性

从入门到精通C++11 ＜chrono＞库特性

目录

一、引言

1.1 为什么需要<chrono>库

1.2<chrono>库的基本概念

二、时间段（Duration）

2.1 基本定义和使用

2.2 常用的时间段类型别名

2.3 时间段的算术运算

三、时间点（Time Point）

3.1 基本定义和使用

3.2 时间点的比较和运算

3.3 时间点的转换

四、时钟（Clock）

4.1 系统时钟（System Clock）

4.2 稳定时钟（Steady Clock）

4.3 高分辨率时钟（High Resolution Clock）

五、实际应用场景

5.1 性能测试

5.2 定时任务

六、总结

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