详细介绍下C/C++时间相关的那些函数

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大家平时工作，如果有计算函数耗时或者打印当前时间的需求，一定要来看看这篇文章!

首先介绍下C++标准中的chrono库

chrono是一个关于时间的库，起源于boost，现在是C++的标准，话说现在的C++标准好多都是源于boost，要进标准的特性似乎都会先在boost试验一番。

首先看一下使用chrono简单计时的示例代码：

void func() {  // 计时 
   std::chrono::time_point<std::chrono::high_resolution_clock> begin = high_resolution_clock::now(); 
   std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(20)); 
   auto end = high_resolution_clock::now(); 
   cout << "time " << duration_cast<milliseconds>(end - begin).count() << endl; 
} 

chrono中有三个概念duration、time_point、clock

duration：表示一段时间，三分钟、三秒等，它的定义如下：

template <class _Rep, class _Period = ratio<1>> class duration; 

ratio的定义如下：

template <intmax_t N, intmax_t D = 1> class ratio; 

Rep表示数据类型，int，long等，Period表示时间单位，N是分子，D是分母，直接看例子吧：

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>; 
 
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>>; 
 
using hours2       = duration<int, ratio<3600, 1>>; 
using hours2       = duration<int, ratio<7200, 2>>; 

详细看完上述例子您也明白了，ratio的默认的时间单位是1秒，以小时为例，一小时等于3600秒，3600 / 1 == 7200 / 2 == 3600，所以hours == hours2 == hours3。

标准库还提供了duration_cast用于转换各种duration。

template <class _To, class _Rep, class _Period, enable_if_t<_Is_duration_v<_To>, int> = 0> 
   constexpr _To duration_cast(const duration<_Rep, _Period>&) noexcept( 
   is_arithmetic_v<_Rep>&& is_arithmetic_v<typename _To::rep>); 
 
template <class _Ty> 
   _INLINE_VAR constexpr bool _Is_duration_v = _Is_specialization_v<_Ty, duration>; 
 
template <class _Ty> 
_INLINE_VAR constexpr bool is_arithmetic_v = // determine whether _Ty is an arithmetic type 
   is_integral_v<_Ty> || is_floating_point_v<_Ty>; 

函数看着很繁琐，直接看看示例代码吧：

void func() { 
   auto sec = std::chrono::seconds(10); 
   auto mill = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(sec); 
   cout << sec.count() << endl; // 返回多少s 
   cout << mill.count() << endl; // 返回多少ms 
} 
输出： 
10 
10000 

time_point：用来表示某个具体时间点。

定义如下：

template <class _Clock, class _Duration = typename _Clock::duration> 
   class time_point; 

使用方式如下：

void func() { 
   std::chrono::time_point<std::chrono::system_clock, std::chrono::milliseconds> tp(std::chrono::seconds(12)); 
   cout << tp.time_since_epoch().count() << endl; 
   std::time_t t = system_clock::to_time_t(tp); 
   cout << "time " << ctime(&t) << endl; 
} 
输出： 
12000 
time Thu Jan  1 08:00:12 1970 

这里有个函数time_since_epoch()，表示这个time_point距离元年也就是1970年1月1日所经过的duration。

time_point也有各种表示方式，类似于duration，也提供了转换函数time_point_cast()。

void func() { 
    time_point<system_clock, milliseconds> tp(seconds(12)); 
    cout << tp.time_since_epoch().count() << endl; 
    time_point<system_clock, seconds> tp2 = time_point_cast<seconds>(tp); 
    cout << tp2.time_since_epoch().count() << endl; 
} 
输出: 
12000 
12 

Clocks：

这里的时钟大体有三种：

• system_clock
• steady_clock
• high_resolution_clock

system_clock表示当前的系统时钟，有三个函数：

now()：表示当前时间的time_point 
to_time_t()：将time_point转换成time_t秒 
from_time_t()：将time_t转换成time_point 

源码如下：

struct system_clock { // wraps GetSystemTimePreciseAsFileTime/GetSystemTimeAsFileTime 
    using rep = long long; 
 
    using period = ratio_multiply<ratio<_XTIME_NSECS_PER_TICK, 1>, nano>; 
 
    using duration                  = chrono::duration<rep, period>; 
    using time_point                = chrono::time_point<system_clock>; 
    static constexpr bool is_steady = false; 
 
    _NODISCARD static time_point now() noexcept { // get current time 
        return time_point(duration(_Xtime_get_ticks())); 
    } 
 
    _NODISCARD static __time64_t to_time_t(const time_point& _Time) noexcept { // convert to __time64_t 
        return static_cast<__time64_t>(_Time.time_since_epoch().count() / _XTIME_TICKS_PER_TIME_T); 
    } 
 
    _NODISCARD static time_point from_time_t(__time64_t _Tm) noexcept { // convert from __time64_t 
        return time_point(duration(_Tm * _XTIME_TICKS_PER_TIME_T)); 
    } 
}; 

steady_clock表示稳定的时钟，它只有一个函数，就是now()，后一次调用now()肯定比上一次调用now()的返回值大，不受系统时间修改的影响。

源码如下：

struct steady_clock { // wraps QueryPerformanceCounter 
    using rep                       = long long; 
    using period                    = nano; 
    using duration                  = nanoseconds; 
    using time_point                = chrono::time_point<steady_clock>; 
    static constexpr bool is_steady = true; 
 
    _NODISCARD static time_point now() noexcept { // get current time 
        const long long _Freq = _Query_perf_frequency(); // doesn't change after system boot 
        const long long _Ctr  = _Query_perf_counter(); 
        static_assert(period::num == 1, "This assumes period::num == 1."); 
        const long long _Whole = (_Ctr / _Freq) * period::den; 
        const long long _Part  = (_Ctr % _Freq) * period::den / _Freq; 
        return time_point(duration(_Whole + _Part)); 
    } 
}; 

使用方式和之前的都相同：

void func() {  // 计时 
    std::chrono::time_point<std::chrono::steady_clock> begin = steady_clock::now(); 
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(20)); 
    auto end = steady_clock::now(); 
    cout << "time " << duration_cast<milliseconds>(end - begin).count() << endl; 
} 

high_resolution_clock表示高精度时钟，是系统可用的最高精度的时钟，它其实就是system_clock或者steady_clock的别名：

using high_resolution_clock = steady_clock; 

介绍完了C++的chrono那下面再看下C语言的各种时间相关的API吧：

首先可以通过C语言的clock拿到程序执行时处理器所使用的时钟数来计时：

clock_t clock(void); 

该函数返回程序执行起(一般为程序的开头)，处理器时钟所使用的时间。也获取 CPU 所使用的秒数，除以 CLOCKS_PER_SEC即可，返回的clock_t其实就是long类型的重命名。

使用方式如下：

void func() { 
    clock_t start_t = clock(); 
    cout << start_t << " 个时钟 \n"; 
    for (int i = 0; i < 100000000; i++) { 
    } 
    clock_t end_t = clock(); 
    cout << end_t << " 个时钟 \n"; 
    cout << "循环的秒数：" << (double)(end_t - start_t) / CLOCKS_PER_SEC << endl; 
} 

如何获取当前时间戳，单位为秒

void func() {  // 获取当前时间戳，单位为秒 
    struct timeval time; 
    gettimeofday(&time, NULL); 
    cout << time.tv_sec << " s \n"; 
} 

也可以使用time函数：

time_t time(time_t *time); 

该函数返回系统的当前日历时间，返回的是自1970年1月1日以来所经过的秒数。

time_t其实就是一个整数类型，是int64_t的重命名，该函数直接使用返回值就好，参数一般传空即可。

timer 存取结果的时间指针变量，类型为time_t，指针变量可以为null。

如果timer指针非null，则time()函数返回值变量与timer指针一样，都指向同一个内存地址;

否则如果timer指针为null，则time()函数返回一个time_t变量时间。

void func() {  // 获取当前时间戳，单位为秒 
    time_t now = time(NULL); 
    cout << static_cast<int64_t>(now) << " s \n"; 
} 

如何获取当前时间戳?单位为毫秒

void func() {  // 获取当前时间戳，单位为毫秒 
    struct timeval time; 
    gettimeofday(&time, NULL); 
    cout << time.tv_sec * 1000 + time.tv_usec / 1000 << " ms \n"; 
} 

如何显示当前的系统时间呢?可以使用ctime显示当前时间：

char* ctime(const time_t* time); 

该函数返回一个表示当地时间的字符串指针，输出内容格式如下：

day month year hours:minutes:seconds year\n\0。 

示例代码如下：

void func() { 
    time_t now = time(NULL); 
    char* dt = ctime(&now); 
    cout << "cur time is: " << dt; 
} 
输出： 
Tue Sep 22 22:01:40 2020 

可以使用tm结构自定义显示当前时间的格式：

struct tm * localtime(const time_t * timer); 

将日历时间转换为本地时间，从1970年起始的时间戳转换为1900年起始的时间数据结构

另一个类似的函数是gmtime函数：

struct tm *gmtime(const time_t *time); 

只是该函数返回的是UTC时间，协调世界时(UTC)也被称为格林尼治标准时间(GMT)。

tm结构如下：

struct tm { 
  int tm_sec;   // 秒，正常范围从 0 到 59，但允许至 61 
  int tm_min;   // 分，范围从 0 到 59 
  int tm_hour;  // 小时，范围从 0 到 23 
  int tm_mday;  // 一月中的第几天，范围从 1 到 31 
  int tm_mon;   // 月，范围从 0 到 11 
  int tm_year;  // 自 1900 年起的年数 
  int tm_wday;  // 一周中的第几天，范围从 0 到 6，从星期日算起 
  int tm_yday;  // 一年中的第几天，范围从 0 到 365，从 1 月 1 日算起 
  int tm_isdst; // 夏令时 
}; 

tm_sec 在C89的范围是[0-61]，在C99更正为[0-60]。通常范围是[0-59]，貌似有些系统会出现60秒的跳跃。

tm_mon 是从零开始的，所以一月份为0，十二月份为11。

tm_year是从1900年开始计算，所以显示年份的时候需要加上1900

void func() { 
    time_t rawtime = time(NULL); 
    struct tm* ptminfo = localtime(&rawtime); 
    printf("cur time is: %02d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\n", ptminfo->tm_year + 1900, ptminfo->tm_mon + 1, 
           ptminfo->tm_mday, ptminfo->tm_hour, ptminfo->tm_min, ptminfo->tm_sec); 
    ptminfo = gmtime(&rawtime); 
    printf("cur time is: %02d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\n", ptminfo->tm_year + 1900, ptminfo->tm_mon + 1, 
           ptminfo->tm_mday, ptminfo->tm_hour, ptminfo->tm_min, ptminfo->tm_sec); 
} 
输出： 
cur time is: 2020-09-23 21:27:37 
cur time is: 2020-09-23 13:27:37 

可以通过asctime显示tm结构的时间：

char * asctime ( const struct tm * time ); 

和ctime类似，返回的都是一个固定时间格式的字符串，只是传入的参数不同。

void func() { 
    time_t rawtime = time(NULL); 
    struct tm* info1 = localtime(&rawtime); 
    cout << "正常 日期和时间：" << asctime(info1) << endl; 
    info1 = gmtime(&rawtime); 
    cout << "UTC 日期和时间：" << asctime(info1) << endl; 
} 
输出： 
正常 日期和时间：Wed Sep 23 21:47:44 2020 
UTC 日期和时间：Wed Sep 23 13:47:44 2020 

也可以使用strftime()函数，该函数可用于格式化日期和时间为指定的格式，如果产生的 C 字符串小于 size 个字符(包括空结束字符)，则会返回复制到 str 中的字符总数(不包括空结束字符)，否则返回零。

size_t strftime( 
    char *str, // 指向目标数组的指针，用来复制产生的C字符串 
    size_t maxsize, // 最多传出字符数量 
    const char *format, // 格式化方式 
    const struct tm *timeptr // tm指针 
); 

format格式如下：

%a 星期几的缩写 
%A 星期几的全称 
%b 月份的缩写 
%B 月份的全称 
%c 标准的日期的时间串 
%C 年份的前两位数字 
%d 十进制表示的每月的第几天（值从1到31） 
%D 月/天/年 
%e 在两字符域中，十进制表示的每月的第几天 
%F 年-月-日 
%g 年份的后两位数字，使用基于周的年 
%G 年份，使用基于周的年 
%h 简写的月份名 
%H 24小时制的小时（值从0到23） 
%I 12小时制的小时（值从1到12） 
%j 十进制表示的每年的第几天（值从1到366） 
%m 十进制表示的月份（值从1到12） 
%M 十时制表示的分钟数（值从0到59） 
%n 换行符 
%p 本地的AM或PM的等价显示 
%r 12小时的时间 
%R 显示小时和分钟：hh:mm 
%S 十进制的秒数（值从0到61） 
%t 水平制表符 
%T 显示时分秒：hh:mm:ss 
%u 每周的第几天，星期一为第一天 （值从1到7，星期一为1） 
%U 第年的第几周，把星期日作为第一天（值从0到53） 
%V 每年的第几周，使用基于周的年 
%w 十进制表示的星期几（值从0到6，星期天为0） 
%W 每年的第几周，把星期一做为第一天（值从0到53） 
%x 标准的日期串 
%X 标准的时间串 
%y 不带世纪的十进制年份（值从0到99） 
%Y 带世纪部分的十制年份 
%Z 时区名称，如果不能得到时区名称则返回空字符。 
%% 一个%符号 

使用代码如下：

void func() { 
    time_t rawtime = time(NULL); 
    char buf[256]; 
    strftime(buf, sizeof(buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", localtime(&rawtime)); 
    cout << buf << endl; 
} 

参考资料：

https://www.runoob.com/cprogramming/c-function-strftime.html

https://www.runoob.com/cprogramming/c-function-clock.html