在C++中处理日期和时间

在C++中处理日期和时间，主要有以下几种方式：

1. C风格的日期和时间（ 头文件） (C-style Date and Time ( Header))

这是C语言继承过来的，在C++中依然可用。它们通常以time_t类型表示时间戳，以tm结构体表示分解后的日期和时间。

• time_t 类型 ( time_t Type):

  • 表示自Unix纪元（1970年1月1日00:00:00 UTC）以来经过的秒数。
  • 通过 time() 函数获取。
  • 示例:

    #include 
    #include  // For time_t, time()
    
    int main() {
        time_t now = time(0); // 获取当前时间戳 (get current timestamp)
        std::cout << "Number of seconds since January 1, 1970: " << now << std::endl;
        return 0;
    }
    

• tm 结构体 ( tm Structure):

  • 一个结构体，包含年、月、日、时、分、秒等成员。

  • 成员：

    struct tm {
        int tm_sec;   // Seconds (0-60)
        int tm_min;   // Minutes (0-59)
        int tm_hour;  // Hours (0-23)
        int tm_mday;  // Day of the month (1-31)
        int tm_mon;   // Months since January (0-11)
        int tm_year;  // Years since 1900
        int tm_wday;  // Days since Sunday (0-6)
        int tm_yday;  // Days since January 1 (0-365)
        int tm_isdst; // Daylight Saving Time flag (positive if DST, 0 if not, negative if unknown)
    };
    

  • 相关函数：

    • localtime(): 将 time_t 转换为本地时间（Local Time）的 tm 结构体。
    • gmtime(): 将 time_t 转换为协调世界时（UTC, Coordinated Universal Time）的 tm 结构体。
    • mktime(): 将 tm 结构体转换为 time_t。
    • asctime(): 将 tm 结构体或 time_t 转换为可读的日期和时间字符串（如 “Fri Jun 13 23:29:19 2025”）。
    • ctime(): 将 time_t 转换为可读的日期和时间字符串。
    • strftime(): 格式化时间，允许你指定输出格式。

  • 示例：获取和格式化本地时间 (Example: Get and Format Local Time):

    #include 
    #include 
    #include  // For std::string
    
    int main() {
        time_t now = time(0); // 获取当前时间戳 (get current timestamp)
    
        // 将时间戳转换为本地时间结构体 (convert timestamp to local time structure)
        tm* ltm = localtime(&now);
    
        // 使用asctime()直接输出 (output directly with asctime())
        std::cout << "Local time using asctime: " << asctime(ltm) << std::endl;
    
        // 使用strftime()进行格式化输出 (formatted output with strftime())
        char buffer[80];
        // YYYY-MM-DD HH:MM:SS
        strftime(buffer, sizeof(buffer), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", ltm);
        std::cout << "Formatted local time: " << buffer << std::endl;
    
        // 获取UTC时间 (get UTC time)
        tm* gmt = gmtime(&now);
        strftime(buffer, sizeof(buffer), "%Y-%m-%d %H:%M:%S UTC", gmt);
        std::cout << "Formatted UTC time: " << buffer << std::endl;
    
        return 0;
    }
    

• 计算时间差 (Calculating Time Difference):

  • difftime(): 计算两个 time_t 值之间的秒数差。
  • 示例:

    #include 
    #include 
    #include  // For std::this_thread::sleep_for
    #include  // For std::chrono::seconds
    
    int main() {
        time_t start_time = time(0);
        std::cout << "Start time: " << ctime(&start_time);
    
        // 模拟一些工作 (simulate some work)
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
    
        time_t end_time = time(0);
        std::cout << "End time: " << ctime(&end_time);
    
        double diff_seconds = difftime(end_time, start_time);
        std::cout << "Time difference: " << diff_seconds << " seconds" << std::endl;
    
        return 0;
    }
    

2. C++11 chrono 库 (C++11 chrono Library)

从C++11开始，chrono 库提供了更现代、类型安全和灵活的方式来处理时间。它主要包含三个核心组件：

• 时钟 (Clocks):

  • std::chrono::system_clock: 系统范围的实时时钟，通常与系统时间同步，可能会因系统时间调整而跳跃。
  • std::chrono::steady_clock: 单调递增的时钟，不会因系统时间调整而倒退，适合测量时间间隔（如性能测试）。
  • std::chrono::high_resolution_clock: 提供了最高的精度，通常是 system_clock 或 steady_clock 的别名。

• 时间点 (Time Points):

  • 表示时钟上的一个具体时间点。由一个时钟类型和一个 duration 类型组成。
  • 示例: std::chrono::system_clock::time_point

• 时间段 (Durations):

  • 表示一个时间长度，由一个数值和一个时间单位（如秒、毫秒、纳秒）组成。
  • std::chrono::seconds, std::chrono::milliseconds, std::chrono::microseconds, std::chrono::nanoseconds 等。
  • std::chrono::duration_cast<>: 用于在不同时间单位之间进行转换。

• 示例：测量代码执行时间 (Example: Measuring Code Execution Time):

  #include 
  #include  // For chrono library
  #include  // For std::this_thread::sleep_for
  
  int main() {
      // 获取当前时间点 (get current time point)
      auto start = std::chrono::steady_clock::now();
  
      // 模拟一些工作 (simulate some work)
      std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100)); // 睡眠100毫秒 (sleep for 100 milliseconds)
  
      auto end = std::chrono::steady_clock::now();
  
      // 计算时间差 (calculate time difference)
      auto duration = end - start;
  
      // 转换为不同时间单位 (convert to different time units)
      std::cout << "Execution time: "
                << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(duration).count()
                << " milliseconds" << std::endl;
  
      std::cout << "Execution time: "
                << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(duration).count()
                << " microseconds" << std::endl;
  
      // 直接转换为秒 (convert directly to seconds)
      double seconds = std::chrono::duration_cast<std::chrono::duration<double>>(duration).count();
      std::cout << "Execution time: " << seconds << " seconds" << std::endl;
  
      return 0;
  }
  

• 示例：获取当前系统时间 (Example: Getting Current System Time):

  #include 
  #include 
  #include    // For std::time_t, std::localtime, std::mktime
  #include  // For std::put_time
  
  int main() {
      // 获取当前系统时间点 (get current system time point)
      auto now_chrono = std::chrono::system_clock::now();
  
      // 转换为time_t (convert to time_t)
      std::time_t now_c = std::chrono::system_clock::to_time_t(now_chrono);
  
      // 转换为本地时间结构体 (convert to local time structure)
      // 注意：localtime返回的是指向静态分配内存的指针，多线程环境需注意
      // Note: localtime returns a pointer to statically allocated memory; be careful in multi-threaded environments.
      std::tm* local_tm = std::localtime(&now_c);
  
      // 使用put_time进行格式化输出 (formatted output with put_time)
      // %F 是 %Y-%m-%d 的简写，%T 是 %H:%M:%S 的简写 (abbreviation)
      std::cout << "Current local time: " << std::put_time(local_tm, "%F %T") << std::endl;
  
      // 也可以直接获取时间戳 (can also directly get timestamp)
      // auto epoch_duration = now_chrono.time_since_epoch();
      // std::cout << "Seconds since epoch: " << std::chrono::duration_cast(epoch_duration).count() << std::endl;
  
      return 0;
  }
  

3. C++20 std::chrono 日历扩展 (C++20 std::chrono Calendar Extensions)

C++20 对 chrono 库进行了大幅度扩展，引入了日期类型（如 year_month_day）、时区支持（time_zone）、格式化（format）等功能，使得日期和时间的处理更加完善和方便。

• 主要概念：

  • std::chrono::year_month_day: 表示年、月、日。
  • std::chrono::weekday: 表示星期几。
  • std::chrono::hh_mm_ss: 表示小时、分钟、秒。
  • std::chrono::zoned_time: 带时区的时间点。
  • std::chrono::format(): 类似 strftime，但更强大和类型安全。
  • std::chrono::parse(): 解析字符串为时间点。

• 示例 (C++20):

  #include 
  #include 
  #include  // C++20 for std::format
  
  int main() {
      // 获取当前时间点 (get current time point)
      auto now = std::chrono::system_clock::now();
  
      // 转换为日期和时间组件 (convert to date and time components)
      auto today = std::chrono::floor<std::chrono::days>(now); // 转换为天的时间点
      auto ymd = std::chrono::year_month_day{today}; // 从时间点获取年-月-日
  
      // 输出年、月、日 (output year, month, day)
      std::cout << "Year: " << (int)ymd.year() << std::endl;
      std::cout << "Month: " << (unsigned)ymd.month() << std::endl;
      std::cout << "Day: " << (unsigned)ymd.day() << std::endl;
  
      // 格式化输出 (formatted output) - C++20 std::format
      // 类似于 python 的 f-string 或者 java 的 String.format
      std::cout << std::format("Current date and time: {:%Y-%m-%d %H:%M:%S}", now) << std::endl;
  
      // 获取当前时区的时间 (get time in current timezone)
      // C++20 需要 IANA 时区数据库支持，可能需要额外配置
      // C++20 requires IANA timezone database support, which may need additional configuration.
      try {
          auto zoned_now = std::chrono::current_zone()->to_local(now);
          std::cout << std::format("Current zoned time: {:%Y-%m-%d %H:%M:%S %Z}", zoned_now) << std::endl;
      } catch (const std::runtime_error& e) {
          std::cerr << "Error getting current time zone (C++20 feature might not be fully supported or configured): " << e.what() << std::endl;
      }
  
      return 0;
  }
  

  注意： C++20 的 扩展功能需要较新的编译器支持（如 GCC 10+, Clang 10+），并且在某些环境下可能需要额外的库或配置来正确处理时区信息。

总结 (Summary)

• C风格 (): 简单直接，但类型不安全，容易出错，且对时区和精度支持有限。适合快速获取当前时间戳或基本格式化。
• C++11 chrono: 现代C++推荐的方式。类型安全、高精度、灵活。非常适合测量时间间隔（性能分析）、处理时间点。
• C++20 chrono 扩展: 进一步完善了 chrono 库，提供了更全面的日期、时间、时区和格式化功能，使得日期时间处理更加直观和强大。