C++中的时间工具

编译期有理数

ratio库可以精确表示任何在编译期使用的有限有理数（#include<ratio>）。有理数的分子和分母通过类型为std::intmax_t的编译期常量表示，这是一种有符号的整数类型，最大宽度由编译器指定。
ratio对象的定义方式和普通对象的定义方式不同，而且不能调用ratio对象的方法，需要使用类型别名，如定义一个表示1/60的有理数编译期常量：using r1 = ratio<1, 60>

using r1 = std::ratio<1, 60>;  // 表示1/60
// r1有理数的分子（num）和分母（den）是编译期常量，可通过以下方式访问：
std::intmax_t num { r1::num };
std::intmax_t den { r1::den };

ratio是一个编译期常量，分子和分母需要在编译期确定

std::intmax_t n {1};
std::intmax_t d {60};
using r2 = std::ratio<n, d>;  // 编译失败，n和d是变量，需要定义为常量
constexpr std::intmax_t n {1};
constexpr std::intmax_t d {60};
using r2 = std::ratio<n, d>;

ratio库支持有理数的加减乘除，由于所有这些操作都是在编译期进行的，所有不能使用标准算术运算符，可使用的算术ratio模板包含ratio_add，ratio_subtract, ratio_multiply，ratio_divide执行加减乘除。

持续时间 duration

表示两个时间点之间的间隔时间，通过模板化的std::chrono::duration类来表示。
duration的两个模板参数分别是 Rep 和 Period，第一个参数Rep是用来表示时间数量的类型，通常是一个整数或浮点数类型，如long，double等。第二个模板参数Period 是一个 std::ratio 类型，表示时间单位，如果不指定会使用默认值ratio<1>, 也就是1s。
示例代码：

// 创建一个 duration 对象，表示 10 秒
std::chrono::duration<int> ten_seconds(10);
// 创建一个 duration 对象，表示半分钟（30秒）
std::chrono::duration<double, std::ratio<30, 1>> half_a_minute(1);
// 创建一个 duration 对象，表示 120 毫秒
std::chrono::duration<long, std::milli> tt(120);// 打印：
std::cout << ten_seconds.count() << "senconds\n";
std::cout << half_a_minute.count() << " half minutes or " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::seconds>(half_a_minute).count() << " seconds\n";
std::cout << tt.count() << "milliseconds\n";

输出：

10 senconds
1 half minutes or 30 seconds
120 milliseconds

支持以下方法或操作：

支持算术运算：+，-，*，/, ==, <==>
duration d：默认构造
duration d(d1)：copy构造，复制一个duration，d2可能拥有不同的单位类型
duration d(val)：以d的单位类型建立一个duration
d = d1：将d1赋值给d，可能存在隐式转换
count()：返回间隔的时间数量
duration_cast<D>(d)：返回d转换为类型D之后的结果
static duraton::zero()：返回持续时间值等于0的duration
static duration::min() / static duration max() : 返回duration模板指定的类型参数表示的最小值/最大值持续时间的duration值
duration::rep：获取tick的类型
duration::period：获得单位类型的类型
以下为算术运算和对象拷贝赋值示例：

std::chrono::duration<long, ratio<60>> d3{10};  // d3.count()输出：10
std::chrono::duration<long, ratio<1>> d4{14};  // d4.count()输出：14
if (d3 > d4) {std::cout << "d3 > d4" << endl;
}
++d4; // d4.count()输出：15
d4 *= 2; // d4.count()输出：30
std::chrono::duration<double, ratio<60>> d5 {d3 + d4}; // d5.count()输出：10.5

以上示例说明，duration会按照时间单位（duration的第二个参数）进行隐式类型转换，同理，如下示例：

std::chrono::duration<long> d7 { 30 };   // d7.count()输出：30
std::chrono::duration<double, ratio<60>> d8 { d7 };  // d8.count()输出:0.5

标准库定义了以下时间单位，可以直接使用：

using atto  = ratio<1, 1000000000000000000LL>;
using femto = ratio<1, 1000000000000000LL>;
using pico  = ratio<1, 1000000000000LL>;
using nano  = ratio<1, 1000000000>;
using micro = ratio<1, 1000000>;
using milli = ratio<1, 1000>;
using centi = ratio<1, 100>;
using deci  = ratio<1, 10>;
using deca  = ratio<10, 1>;
using hecto = ratio<100, 1>;
using kilo  = ratio<1000, 1>;
using mega  = ratio<1000000, 1>;
using giga  = ratio<1000000000, 1>;
using tera  = ratio<1000000000000LL, 1>;
using peta  = ratio<1000000000000000LL, 1>;
using exa   = ratio<1000000000000000000LL, 1>;
// 如：
std::chrono::duration<long, std::milli> d(20);

为了更方便和易于理解，标准库中定义了如下时间单位，可以直接使用：

using nanoseconds  = duration<long long, nano>;
using microseconds = duration<long long, micro>;
using milliseconds = duration<long long, milli>;
using seconds      = duration<long long>;
using minutes      = duration<int, ratio<60>>;
using hours        = duration<int, ratio<3600>>;
// 使用如下：
std::chrono::seconds s(10);  // s.count() 输出:10

时钟

时钟由time_point和duration组成，即定义时间点的起点和一个tick周期（就是计时单位，如秒），不同的clock有不同的起点。一般当处理两个时间点的差距时，必须提供相同的起点/clock。
标准库提供了三个clock：

system_clock:所提供的timepoint将关联至现行系统的即时时钟，这个clock提供便捷函数to_time_t()和from_time_t(),允许转换成C的系统时间类型time_t；精度为100ns
steady_clock：它保证不会被调整；精度为ms
high_resolution_clock：表现的是系统中带有最短tick周期的clock，可能就是steady_clock或者system_clock，取决于编译器；精度为100ns

clock提供的类型定义和static成员：

clock::duration：获得clock的duration成员
clock::rep：获得tick类型
clock::period：获得单位类型的类型，等价于clock::duration::period
clock::time_point：获得clock的timepoint类型
clock::is_steady：如果clock是steady则为true
clock::now：获得一个用来表现目前时间的time_point
Timepoint：表现出某个特定时间点，关联至某个clock的某个正值或负值duration
C和Posix中的时间相关函数#include<ctime>：注意，time_t通常只是始自unix起始点(1970.1.1)的秒数，但不能保证如此
system_clock定义的方法：
to_time_t()：将给定的time_point转换为time_t
from_time_t()：将time_t转换为time_point

时间点

time_point类表示某个时间点，存储为相对于纪元(epoch)的duration，表示开始时间。time_point总是和特定的clock关联，纪元就是所关联的clock的原点。例如 UNIX/Linux的时间纪元是1970年1月1日，duration用秒度量。
time_point类包含time_since_epoch 函数，它返回的duration表示所关联clock的纪元和保存的时间点之间的时间。
C++支持合理的time_point和duration算术运算
time_point有三个构造函数：

time_point()：构造一个time_point，通过duration::zero进行初始化，得到的time_point表示所关联clock的纪元
time_point(const duration&d)：构造一个time_point，通过给定的duration进行初始化，得到的time_point表示纪元+d

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