C++ 日期和时间

C++ 日期和时间处理：<chrono>

现代 C++ 通过 <chrono> 头文件提供了强大的日期和时间操作工具，该头文件在 C++11 中引入并在 C++20 中得到了显著增强。虽然 C++ 仍然支持旧的 C 风格 <ctime> 库以保持兼容性，但 <chrono> 提供了一种类型安全、灵活且更具表达力的方法。

<chrono> 中的关键概念：

• 时钟（Clocks）：表示时间点来源。常用的时钟包括 std::chrono::system_clock（墙上时钟时间，可能可调整）、std::chrono::steady_clock（单调时钟，适用于测量时间间隔）和 std::chrono::high_resolution_clock（可用精度最高的时钟）。
• 时间点（Time Points）：表示相对于时钟纪元（起始点）的特定时间点。std::chrono::time_point 通常从时钟的 now() 函数获得。
• 时长（Durations）：表示一段时间跨度，例如“5 秒”或“200 毫秒”。std::chrono::duration 是一个模板类，存储一个计数和一个时间单位（例如，std::chrono::seconds、std::chrono::milliseconds、std::chrono::nanoseconds）。

获取当前时间

要获取当前的墙上时钟时间，请使用 std::chrono::system_clock::now()：

#include <iostream>
#include <chrono>

int main() {
    // Get the current time point from the system clock // 从系统时钟获取当前时间点
    std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock> now = std::chrono::system_clock::now();

    // A time_point itself isn't directly printable in a human-readable format easily pre-C++20.
    // 在 C++20 之前，time_point 本身不容易直接以人类可读的格式打印。
    // We often convert it for output or calculations.
    // 我们通常将其转换为用于输出或计算。

    // Example: Get time since epoch (useful for some APIs) // 示例：获取自纪元以来经过的时间（对某些 API 有用）
    auto duration_since_epoch = now.time_since_epoch();

    // Convert duration to seconds (as a double for fractional part) // 将时长转换为秒（使用 double 以包含小数部分）
    std::chrono::duration<double> seconds_since_epoch = duration_since_epoch;
    std::cout << "Seconds since epoch (Jan 1, 1970 UTC): "
              << seconds_since_epoch.count() << std::endl; // 自纪元（1970 年 1 月 1 日 UTC）以来的秒数：

    return 0;
}

格式化日期和时间（C++20 之前的方法）

在 C++20 向 <chrono> 添加格式化功能之前，获取人类可读输出的常用方法是将 system_clock::time_point 转换为旧的 C 类型 time_t，然后可以将其与 std::localtime（或用于 UTC 的 std::gmtime）和 std::put_time（来自 <iomanip>）等函数一起用于格式化输出。

注意：std::localtime 在所有平台上都不是线程安全的，因为它通常使用静态内部缓冲区。存在更安全的替代方法，如 localtime_s（Windows）或 localtime_r（POSIX），但它们是平台特定的。对于跨平台、线程安全的格式化，建议使用 C++20 的 <chrono> 或外部库，如 fmt 或 Boost.Locale。

以下是使用 std::put_time 的示例：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <ctime>      // For time_t, tm, localtime // 用于 time_t, tm, localtime
#include <iomanip>    // For std::put_time // 用于 std::put_time
#include <sstream>    // For formatting to string (optional) // 用于格式化到字符串（可选）

int main() {
    // Get the current time point // 获取当前时间点
    auto now = std::chrono::system_clock::now();

    // Convert time_point to time_t // 将 time_point 转换为 time_t
    std::time_t now_c = std::chrono::system_clock::to_time_t(now);

    // Convert time_t to tm struct for local time (potentially not thread-safe)
    // 将 time_t 转换为 tm 结构体以获取本地时间（可能不是线程安全的）
    // Note: std::localtime returns a pointer to a statically allocated struct.
    // 注意：std::localtime 返回指向静态分配的结构体的指针。
    std::tm now_tm = *std::localtime(&now_c);

    // Format the time using std::put_time // 使用 std::put_time 格式化时间
    std::cout << "Current local time: "; // 当前本地时间：
    std::cout << std::put_time(&now_tm, "%Y-%m-%d %H:%M:%S %Z") << std::endl; // ISO 8601-like format + timezone // 类似 ISO 8601 格式 + 时区

    // Example: Format date only // 示例：仅格式化日期
    std::cout << "Current date: "; // 当前日期：
    std::cout << std::put_time(&now_tm, "%A, %B %d, %Y") << std::endl; // e.g., Tuesday, August 22, 2023 // 例如，星期二，2023 年 8 月 22 日

    // For UTC time, use std::gmtime instead of std::localtime (also potentially not thread-safe)
    // 对于 UTC 时间，使用 std::gmtime 代替 std::localtime（也可能不是线程安全的）
    std::tm utc_tm = *std::gmtime(&now_c);
    std::cout << "Current UTC time: "; // 当前 UTC 时间：
    std::cout << std::put_time(&utc_tm, "%Y-%m-%d %H:%M:%S UTC") << std::endl;

    return 0;
}

std::put_time 中使用的格式代码（如 %Y、%m、%d）与 C 函数 strftime 使用的格式代码相同。常用的代码包括：

• %Y：带世纪的年份（例如，2023）
• %m：作为零填充十进制数字的月份（01-12）
• %d：作为零填充十进制数字的月中的日期（01-31）
• %H：作为零填充十进制数字的小时（24 小时制）（00-23）
• %M：作为零填充十进制数字的分钟（00-59）
• %S：作为零填充十进制数字的秒（00-60）
• %Z：时区名称或缩写（如果可用）
• %A：完整的星期几名称（例如，Sunday）
• %B：完整的月份名称（例如，January）

C++20 增强功能

C++20 通过 std::format（需要 <format> 头文件）添加了日历、时区和直接格式化功能，显著增强了 <chrono>。这避免了 time_t 转换及其相关的线程安全问题。

使用 C++20 std::format 的示例（需要符合 C++20 标准的编译器和标准库）：

// Requires C++20 features // 需要 C++20 功能
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <format> // C++20 header // C++20 头文件

int main() {
    auto now = std::chrono.system_clock.now();

    // Direct formatting using std::format // 使用 std::format 直接格式化
    std::cout << std::format("Current local time: {:%Y-%m-%d %H:%M:%S %Z}\n", now); // 当前本地时间：
    std::cout << std::format("Current UTC time:   {:%Y-%m-%d %H:%M:%S UTC}\n", now); // 当前 UTC 时间：

    // Formatting with specific time zones (if supported by implementation)
    // 使用特定时区格式化（如果实现支持）
    try {
        auto zt = std::chrono::zoned_time{ "America/New_York", now };
        std::cout << std::format("New York time:    {:%Y-%m-%d %H:%M:%S %Z}\n", zt); // 纽约时间：
    } catch (const std::chrono::nonexistent_local_time& e) {
        std::cerr << "Time zone error: " << e.what() << '\n'; // 时区错误：
    } catch (const std::chrono::ambiguous_local_time& e) {
        std::cerr << "Time zone error: " << e.what() << '\n'; // 时区错误：
    }

    return 0;
}

处理时长（Durations）

<chrono> 使时长处理类型安全且直观。

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <thread> // For std::this_thread::sleep_for // 用于 std::this_thread::sleep_for

int main() {
    using namespace std::chrono_literals; // Enable convenient literals like 10s, 200ms // 启用方便的字面量，如 10s, 200ms

    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    // Simulate some work // 模拟一些工作
    std::this_thread::sleep_for(1500ms); // Sleep for 1.5 seconds // 休眠 1.5 秒

    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();

    // Calculate the duration // 计算时长
    std::chrono::duration<double> elapsed_seconds = end - start;
    auto elapsed_milliseconds = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start);

    std::cout << "Elapsed time: " << elapsed_seconds.count() << " s\n"; // 经过时间：
    std::cout << "Elapsed time: " << elapsed_milliseconds.count() << " ms\n"; // 经过时间：

    return 0;
}

总结

<chrono> 库是现代 C++ 处理日期和时间的标准。它提供类型安全的时钟、时间点和时长。虽然在 C++20 之前格式化需要转换为 C 类型，但现代 C++ 提供了直接格式化功能，使得日期/时间操作更安全、更方便。