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C++ - chrono 計時

C++11 提供了 <chrono> 作為時間的 library，除了能夠獲取時間，且可以在多個單位轉換。

這個 Library 是只有時間 e.g. 小時、分鐘、秒..等，如果要日期則要使用其他 Library e.g. HowardHinnant/date 或是 ctime()

  • duration
    • 時間的長度，可自由決定儲存的單位
  • time_point
    • 時間點，相減會得到時間長度(duration)
  • Clocks
    • 根據物理時間回傳時間點(time_point)
    • 提供不同精度的 clock

標頭檔：

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#include <chrono>

所有的東西在 std:chrono 這個 namespace 底下。

TL;DR

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// skip std::chrono::
auto start = steady_clock::now();

// do things

auto elasped = steady_clock::now() - start;

auto mili = duration_cast<miliseconds>(elapsed); // int
auto sec = duration_cast<seconds>(elapsed);      // int

auto sec_float = duration<float>(elapsed);       // float
auto sec_double = duration<double>(elapsed);     // double
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duraiton_cast<duration<float>>(elapsed); // 也可以
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class Timer
{
private:
  using clock_type = std::chrono::high_resolution_clock;
  using second_type = std::chrono::duration<double, std::chrono::seconds::period>;

  std::chrono::time_point<clock_type> m_startTime;

public:
  Timer() : m_startTime(clock_type::now())
  {
  }

  double reset()
  {
    double dt = getElapsed();
    m_startTime = clock_type::now();
    return dt;
  }

  double getElapsed() const
  {
    return std::chrono::duration_cast<second_type>(clock_type::now() - m_startTime).count();
  }
};
// Timer t;
// t.getElasped();

duration

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template <class Rep, class Period = ratio<1> >
class duration;

儲存著時間的長度，並可以根據單位不同做選擇

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typedef duration<long long, nano>  nanoseconds;  // 10^-9
typedef duration<long long, micro> microseconds; // 10^-6
typedef duration<long long, milli> milliseconds; // 10^-3
typedef duration<long long>        seconds;      // 基準點
typedef duration<int, ratio<60>>   minutes;      // 1 min  = 60 s
typedef duration<int, ratio<3600>> hours;        // 1 hour = 3600 s
  • count() 獲得 duration 的值（時間長度）
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milliseconds s(1000);
// s.count() == 1000
  • duration_cast<T>() 轉換時間長度單位
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seconds a(4);
// duration_cast<milliseconds>(a) == 4000

轉換是透過一開始定義的 ratio

  • std::ratio<N, D> 比例

    • 用來表示分數的 class

    • N 是分子(numerator)，D 是分母(denominator)

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      typedef std::ratio<1,3> one_third;
      // one_third::num == 1
      // one_third::den == 3
    • 並且由提供一些預設的 ratio

可以用 ::period 拿到 dutaion 的 ratio

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duration<double, miliseconds::period> s; // 宣告了用 double 儲存的 milisecond

Clock

時鐘，標準庫有三種時鐘：

  • system_clock
    • 系統時間
  • steady_clock
    • 單調：下一個時間點永遠不會小於上一個
  • high_resolution_clock
    • 更高精度
    • 有些平台上就是 steady_clock

now() 可以獲得現在時間，會回傳 time_point

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auto a = system_clock::now();
auto b = steady_clock::now();
auto c = high_resolution_clock::now();

time_point

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template <class Clock, class Duration = typename Clock::duration>
class time_point;

儲存著時間點（相對於時鐘的開始時間），內部會儲存著 duration。幾乎不會有需要自己 contruct time_point 的機會，通常都是使用 clock 的 alias，例如：

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// ignore std::chrono::
system_clock::time_point today = system_clock::now();
steady_clock::time_point t1 = steady_clock::now();
high_resolution_clock::time_point t1 = high_resolution_clock::now();

time_point 運算後會得到 duration

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chrono::steady_clock::time_point s = chrono::steady_clock::now();
// do some work
chrono::steady_clock::time_point e = chrono::steady_clock::now();
chrono::microseconds dt = 
    chrono::duration_cast<chrono::microseconds>(e - s);

另外還有 time_point_case<T>() 可以轉換 time_point 但較少用到所以省略。

time_point 可以跟 duration 做運算：

  • 例子：10 分鐘後 
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    auto n = steady_clock::now();
    auto fu = n + minutes(10);

其他

  • 轉成日期
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auto now = system_clock::now();
time_t t = system_clock::to_time_t(now);
printf("%s\n", ctime(t));
// Mon Jul 20 21:53:33 2020
  • 獲得 clock 的精度
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printf("%e\n", (double)steady_clock::period::num/steady_clock::period::den);

參考

LeanCpp 8.16 — Timing your code
https://www.learncpp.com/cpp-tutorial/8-16-timing-your-code/

C++11 STL 的時間函式庫：chrono
https://kheresy.wordpress.com/2013/12/27/c-stl-chrono/

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