std::chrono
说起来有点令人难以置信，直到C++ 11之前，标准库中唯一可以处理时间的就是<ctime>提供的有限的几个函数，而即使这有限的几个函数还是C函数，这使得在C++中处理时间成为一件头疼的事情。不过现在情况有了很大改观，因为有了std::chrono。
chrono简介
chrono是一个基于模板的，面向对象的，设计优雅且功能强大的time library。chrono内部定义了三种和时间相关的类型：
duration：一个duration就代表了一个时间段，比如2分钟，4小时等等。
clock: clock的作用就相当于我们日常使用的手表：显示时间。
chrono内部定义了三种clock：system clock、steady clock和high-resolution-clock。time point：time point表示某个特定的时间点。
std::duration
前面说过，duration代表了一段时间，比如2分钟，4小时等。注意我不仅指出了数量（“2”、“4”），还指出了单位（“分钟”，“小时”），也就是说一个duration的定义应该包括两个部分：数量和单位。我们来看chrono是怎样做到这一点的。
// file: chrono
namespace chrono {
template<class _Rep, class _Period = ratio<1> >
class duration {
public:
typedef _Rep rep;
typedef _Period period;
private:
rep __rep_;
// ...
};
}
duration的声明包含两个模板参数，第一个模板参数是C++的原生数值类型，如long, long long等，代表了duration的数值部分。第二个模板参数_Period又是一个模板类std::ratio，它的定义如下：
// file: ratio
namespace chrono {
// ratio以模板的方式定义了有理数，比如ratio<1,60>就表示有理数 ‘1/60’
// _Num代表 'numerator'（分子）
// _Den代表 'denominator'（分母）
template<intmax_t _Num, intmax_t _Den = 1>
class ration {
// 求__Num的绝对值
static constexpr const intmax_t __na = __static_abs<_Num>::value;
// 求_Den的绝对值
static constexpr const intmax_t __da = __static_abs<_Den>::value;
// __static_sign的作用是求符号运算
static constexpr const intmax_t __s = __static_sign<_Num>::value * __static_sign<_Den>::value;
// 求分子、分母的最大公约数
static constexpr const intmax_t __gcd = __static_gcd<__na, __da>::value;
public:
// num是化简后的_Num
static constexpr const intmax_t num = __s * __na / __gcd;
// den是化简后的_Den
static constexpr const intmax_t den = __da / __gcd;
};
}
ratio用两个整数型模板参数来表示一个有理数的分子和分母部分，比如ratio<1, 1000>就表示有理数0.001。理解了这一点，我们再来看duration的定义：
template<class _Rep, class _Period = ratio<1> > class duration
ratio在这里的确切含义为：以秒为单位的放大倍率，比如ratio<60, 1>表示一个1秒的60倍，也就是1分钟，而ratio<1, 1000>表示1秒的千分之一倍，也就是1毫秒。所以duration<long, ratio<60, 1>>就定义了一个类型为long的duration，而这个duration的单位为“分钟”。很巧妙的定义，是不是？
为了方便我们使用，对常用的时间单位，标准库都已经替我们定义好了：
namespace chrono {
// 1nano = 1/1,000,000,000 秒
typedef ratio<1LL, 1000000000LL> nano;
// 1micro = 1/1,000,000秒
typedef ratio<1LL, 1000000LL> micro;
// 1milli = 1/1,000秒
typedef ratio<1LL, 1000LL> milli;
// 1centi = 1/100秒
typedef ratio<1LL, 100LL> centi;
// 1kilo = 1,000秒
typedef ratio<1000LL, 1LL> kilo;
// 1mega = 1,000,000秒
typedef ratio<1000000LL, 1LL> mega;
// ...
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< long, ratio< 60> > minutes;
typedef duration< long, ratio<3600> > hours;
// ...
}
duration的用法
标准委员会重写了标准库中全部和时间有关的函数，使之可以和duration协同工作，这使得duration的使用非常简单直观，举个例子：
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread>
int main()
{
// 定义一个"chrono::seconds"
std::chrono::seconds two_seconds{2};
std::cout << "Start waiting..." << std::endl;
auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
// sleep_for函数现在接受一个`duration`类型的参数
std::this_thread::sleep_for(two_seconds);
auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
// duration支持算术运算
std::chrono::duration<double, std::milli> elapsed = end-start;
std::cout << "Waited " << elapsed.count() << " ms\n";
}
// output
Start waiting...
Waited 2002.58 ms
为什么你应该使用duration
duration是轻量级的，在前面的源代码中我们已经看到了，duration内部仅有一个数值类型的变量，很是轻量级。至于ratio，因为其成员变量都是静态的，所以你不用担心系统内会有很多的ratio存在。duration是类型安全的。
