C++11标准库chrono库使用

chrono是C++11新加入的方便时间日期操作的标准库，它既是相应的头文件名称，也是std命名空间下的一个子命名空间，所有时间日期相关定义均在std::chrono命名空间下。通过这个新的标准库，可以非常方便进行时间日期相关操作。
chrono库主要包含了三种类型：duration, time_point 和 clock。

Duration（时间间隔）

chrono库中用一个duration模板类，用来表示一段时间间隔，可以表示几秒钟、几分钟或者几个小时的时间间隔。

原型

template<typename _Rep, typename _Period = ratio<1>>
struct duration
{
typedef _Rep   rep;
...
private:
    rep  __r;  //内部维护的计数个数成员
...
};

第一个模版参数是数值类型，表示时钟个数；第二个为std::ratio，用来表示每个时钟的周期（单位为秒）。
ratio的原型是

template<intmax_t _Num, intmax_t _Den = 1>
struct ratio;

这是一个非类型模版参数的模版类，intmax_t是定义在cstdint头文件中的内置类型。第一个参数代表分子，第二个代表分母，两者表示一个通用的比率类型。它们必须在编译期间确定为常量值。分母默认为1，因此ratio<60>代表60，ratio<1, 1000>代表0.001。为了方便使用，在ratio头文件中定义了常用比率的别名：

  typedef ratio<1,       1000000000000000000> atto;
  typedef ratio<1,          1000000000000000> femto;
  typedef ratio<1,             1000000000000> pico;
  typedef ratio<1,                1000000000> nano;
  typedef ratio<1,                   1000000> micro;
  typedef ratio<1,                      1000> milli;
  typedef ratio<1,                       100> centi;
  typedef ratio<1,                        10> deci;
  typedef ratio<                       10, 1> deca;
  typedef ratio<                      100, 1> hecto;
  typedef ratio<                     1000, 1> kilo;
  typedef ratio<                  1000000, 1> mega;
  typedef ratio<               1000000000, 1> giga;
  typedef ratio<            1000000000000, 1> tera;
  typedef ratio<         1000000000000000, 1> peta;
  typedef ratio<      1000000000000000000, 1> exa;

回到duration模板类，默认的比率为ratio<1>，也就是一个时钟数_Rep代表1秒。为了方便使用，chrono库定义了如下的常用时间单位：

/// nanoseconds
typedef duration<int64_t, nano>     nanoseconds;

/// microseconds
typedef duration<int64_t, micro>    microseconds;

/// milliseconds
typedef duration<int64_t, milli>    milliseconds;

/// seconds
typedef duration<int64_t>       seconds;

/// minutes
typedef duration<int, ratio< 60>>   minutes;

/// hours
typedef duration<int, ratio<3600>>  hours;

通过定义上述常用类型，可以非常方便的使用：

//线程休眠10秒
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(10));

成员

duration内部维护了周期个数rep和周期period，两者结合用来表示间隔时间。

count

用来获取内部维护的rep类型的周期个数，或称为tick数。即定义变量的实参

chrono::milliseconds ms(10);//10个tick
chrono::duration<double, std::ratio<1, 30>> dur(10.5);//10.5 tick
cout << "ms: " << ms.count() << '	' << "dur: "<< dur.count() << endl;

上述代码输出：

ms: 10 dur : 10.5

静态成员函数

duration实例化后，对于给定的rep表示周期个数的类型，提供了min、max和zero三个静态成员函数，用来获取当前类型能表示的最小、最大周期数和0周期数代表的duration对象。

cout << chrono::seconds::max().count() << endl;

//输出结果为：9223372036854775807

运算操作

duration支持基本所有算术运算操作，而且不同单位之间的可以自动进行匹配。这是通过duration_cast模板类实现的。

chrono::minutes t1(5);
chrono::seconds t2(30);
chrono::seconds t3 = t1 - t2;
cout << t3.count() << '	' << chrono::duration_cast<chrono::minutes>(t3).count() << endl;

//对于类型转换会进行舍入
//输出结果：270 4

Time point

chrono库中用一个time_point模板类，表示一个时间点，如生日、今天日落时刻等，通过一个相对epoch的时间间隔duration来实现，epoch就是1970-1-1时刻，对于同一个时钟来说，所有的time_point的epoch都是固定的。这个类可以与标准库ctime结合起来显示时间，ctime内部的time_t类型就是代表这个秒数。

原型

template<typename _Clock, typename _Dur = typename _Clock::duration>
struct time_point
{
typedef _Clock                      clock;
typedef _Dur                        duration;
typedef typename duration::rep              rep;
typedef typename duration::period           period;
private:
    duration __d; //维护的内部duration成员
...

};

第一个参数为当前计时使用的时钟，可选为“system_colck”、“steady_colck”、“high_resolution_clock”或者是自定义的时钟类；
第二个参数为时间间隔，默认为使用的时钟相同的间隔。
内部维护了一个duration私有成员，通过制定的时钟，来确定距离epoch时间点的间隔。

成员

chrono::time_point<system_clock> tp = chrono::system_clock::now();
cout << tp.time_since_epoch().count() << endl;

//输出为：1452672734311762303
//system_clock的ratio为nano

运算

与duration类似，time_point也提供了静态成员min和max，以及算术运算操作，这些都是通过内部维护的duration成员进行的，duration成员的各种操作由前面所述的提供保障，time_point就只需要通过time_since_epoch获取私有duration成员进行调用即可。还提供了与duration直接进行”+=”和“-=”的运算操作，对于普通的算术运算，如果有一个操作数类型为duration，则是在time_point类型操作数内部维护的duration成员上进行操作，则返回类型为time_point；当两者均为time_point类型时，返回类型为二者维护的duration成员之差，从而返回类型也为duration。

表示当前系统时钟，共有三种：

• system_clock：从系统获取时钟
• steady_clock：不能被修改的时钟
• high_resolution_clock：高精度时钟，实际上是system_clock或者steady_clock的别名,最小精度是纳秒

system_clock

system_clock 提供三个静态的函数，可以用于time_point提供了与C API的时间交互的良好定义。因此，可以很容易与time_t类型打交道。接口函数如下：

//get current time
static time_point now() noexcept;

//time_point conver to time_t
static time_t to_time_t (const time_point& tp) noexcept;

//convert time_t to time_oint
std::chrono::system_clock::from_time_t
static time_point from_time_t (time_t t) noexcept;

system_clock 和ctime函数使用demo：

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <chrono>

int main ()
{
    using std::chrono::system_clock;

    std::chrono::duration<int,std::ratio<60*60*24> > one_day (1);

    //current time
    system_clock::time_point today = system_clock::now();

    //tomorrow time
    system_clock::time_point tomorrow = today + one_day;

    //convert time type   
    time_t tmTomorrow = system_clock::to_time_t ( tomorrow );

    //time string
    std::cout << "tomorrow will be: " << ctime(&tmTomorrow);

    struct tm *p;   
    p = localtime(&tmTomorrow); /*转换为struct tm结构的当地时间*/  
    printf("%d/%d/%d ", 1900 + p->tm_year, 1 + p->tm_mon, p->tm_mday); 

    return 0;
}

运行结果：

tomorrow will be: Sun Feb 11 09:13:07 2018
2018/2/11 

steady_clock

steady_clock 专门用于计算时间差的工具，steady_clock 类只有一个静态函数now(),用于获取当前的时间，计算时间差的方式如下：

#include <iostream>
#include <chrono>

int main()
{
    typedef std::chrono::steady_clock  STEADY_CLOCK;

    STEADY_CLOCK::time_point t1 = STEADY_CLOCK::now();

    std::cout << "print 1000 stars" << std::endl;

    for (int i=1; i<=1000; ++i)
    {
        std::cout << "*";
        if (0 == i % 50) 
        {
            std::cout << "
";
        }
    }

    std::cout << std::endl;

    STEADY_CLOCK::time_point t2 = STEADY_CLOCK::now();

    //毫秒
    std::chrono::duration<double, std::milli> dTimeSpan = std::chrono::duration<double,std::milli>(t2-t1);

    std::cout << "print start time span : " << dTimeSpan.count() << "ms
";   
}

运行结果：

print 1000 stars
****************************....
print start time span : 0.091333ms

参考资料：
http://www.cplusplus.com/reference/chrono/
http://blog.csdn.net/u010487568/article/details/50512770