C++ chrono日历功能的用法（非常详细）

C++11 提供的 chrono 库提供了对时钟、时间点和持续时间的支持，但表示时间和日期并不容易，特别是在日历和时区方面。

C++20 标准通过扩展现有的 chrono 库纠正了这一点：

• 支持更多的时钟，如 UTC 时钟、国际原子时间时钟、GPS 时钟、文件时间时钟和代表本地时间的伪时钟；
• 支持一天内的时间，表示从午夜开始经过的时间，分为时、分和秒三种；
• 支持日历，这使我们能够用年、月和日部分来表达日期；
• 支持时区，这使我们能够相对于时区表示时间点，使在不同时区之间转换时间成为可能；
• 通过 I/O 支持从流中解析 chrono 对象。

在本节中，我们将学习如何使用日历对象。所有 chrono 功能都在 <chrono> 头文件中 std::chrono 和 std::chrono_literals 命名空间中可用。

C++ chrono使用方式

我们可以使用 C++20 的 chrono 日历功能来：
1) 用年、月、日表示公历日期，作为 year_month_day 类型的实例。使用标准的用户自定义字面量、常量和重载操作符/来构造这样的对象：

// format: year / month / day
year_month_day d1 = 2020y / 1 / 15;
year_month_day d2 = 2020y / January / 15;
// format: day / month / year
year_month_day d3 = 15d / 1 / 2020;
year_month_day d4 = 15d / January / 2020;
// format: month / day / year
year_month_day d5 = 1 / 15d / 2020;
year_month_day d6 = January / 15 / 2020;

2) 将特定年月日的第 n 个工作日表示为 year_month_weekday 类型的实例：

// format: year / month / weekday
year_month_weekday d1 = 2020y / January / Monday[1];
// format: weekday / month / year
year_month_weekday d2 = Monday[1] / January / 2020;
// format: month / weekday / year
year_month_weekday d3 = January / Monday[1] / 2020;

3) 确定当前日期，并基于它计算其他日期，例如明天和昨天对应的日期：

auto today = floor<days>(std::chrono::system_clock::now());
auto tomorrow = today + days{ 1 };
auto yesterday = today - days{ 1 };

4) 确定特定年份和月份的第一天和最后一天：

year_month_day today = floor<days>(std::chrono::system_clock::now());
year_month_day first_day_this_month = today.year() / today.month() / 1;
year_month_day last_day_this_month = today.year() / today.month() / last;
year_month_day last_day_feb_2020 = 2020y / February / last;
year_month_day last_ymd{today.year(),month_day_last{month{ 2 } }};
year_month_day last_ymd{ };

5) 计算两个日期之间的天数：

inline int number_of_days(date::sys_days const& first, date::sys_days const& last)
{
    return (last - first).count();
}

auto days = number_of_days(2020_y / apr / 1, 2020_y / dec / 25);

6) 检查日期是否有效：

auto day = 2020_y / January / 33;
auto is_valid = day.ok();

7) 使用 time_of_day<Duration> 类模板以时、分和秒形式表示一天中的时间：

time_of_day<std::chrono::seconds> td{13h + 12min + 11s};
std::cout << td << '\n';  // 13:12:11

8) 创建带有日期和时间部分的时间点：

auto tp = sys_days{ 2020_y / April / 1 } + 12h + 30min + 45s;
std::cout << tp << '\n';  // 2020-04-01 12:30:45

9) 确定一天中的当前时间，并以不同的精度表示：

auto tp = std::chrono::system_clock::now();
auto dp = floor<days>(tp);

time_of_day<std::chrono::milliseconds> time{
    std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(tp - dp)
};
std::cout << time << '\n';  // 13:12:11.625

time_of_day<std::chrono::minutes> time{std::chrono::duration_cast<std::chrono::minutes>(tp - dp) };
std::cout << time << '\n';  // 13:12

C++ chrono工作原理

我们在示例中看到的 year_month_day 和 year_month_weekday 类型只是为支持日历而添加到 chrono 库的许多新类型中的一部分。

下表列出了 std::chrono 命名空间中的所有类型及其所代表的含义：

类型	描述
day	一月中的一天
month	一年中的一月
year	公历中的一年
weekday	公历一周中的一天
weekday_indexed	一月中的第 n 个工作日，其中n的取值范围为 [1,5]（1 代表一月中的第一个工作日，5 为第 5 个）
weekday_last	一月中的最后一个工作日
month_day	特定月份的特定天
month_day_last	特定月份的最后一天
month_weekday	特定月份的第n个工作日
month_weekday_last	特定月份的最后一个工作日
year_month	特定年份的特定月份
year_month_day	特定的年月日
year_month_day_last	特定年份和月份的最后一天
year_month_weekday	特定年份和月份的第 n 个工作日
year_month_weekday_last	特定年份和月份的最后一个工作日

表中列出的所有类型有：

• 不初始化成员字段的默认构造函数；
• 访问实体各部分的成员函数；
• 一个名为 ok() 的成员函数（用于检查存储的值是否有效）；
• 用于比较类型值的非成员比较操作符；
• 重载 operator<<（将该类型的值输出到流）；
• 一个名为 from_stream() 的重载函数模板（根据提供的格式解析流中的值）；
• 文本格式化库的 std::formatter<T,CharT> 类模板的特化。

此外，operator/ 针对许多类型进行了重载，以使我们能够轻松地创建公历日期。当创建日期（年、月、日）时，可以选择三种不同的格式：

• 年/月/日（适用于中国、日本、韩国、加拿大等国家，也可用于其他国家，有时与日/月/年格式结合使用）；
• 月/日/年（美国使用）；
• 日/月/年（在世界大部分地区使用）。

在这些情况下，“日”可以是：

• 一个月中实际的一天（取值范围从 1 到 31）；
• std::chrono::last，表示每月的最后一天；
• weekday[n]，表示每月的第 n 个工作日（其中 n 可以取 1 到 5 的值）；
• weekday[std::chrono::last]，表示一个月的最后一周；

为了消除表示日、月和年的整数间的歧义，标准库提供了两个用户自定义字面量：""y 用于构造 std::chrono::year 类型的字面量，""d 用于构造 std::chrono::day 类型的字面量。

此外，还有一些常量表示：

• 对于std::chrono::month，常量命名为 January、February，直至 December；
• 对于std::chrono::weekday，常量命名为 Sunday、Monday、Tuesday、Wednesday、Thursday、Friday 或 Saturday。

我们可以使用它们来构造日期，例如 2020y/April/1、25d/December/2020 或 Sunday[last]/May/2020。

year_month_day 类型提供了与 std::chrono::sys_days 之间的隐式转换，该类型是一个 std::chrono::time_point，精度为一天（24 小时）。还有一个称为 std::chrono::sys_seconds 的伴生类型，它是一个精确到 1 秒的 time_point。

time_point 和 sys_days/sys_seconds 之间的显式转换，可以使用 std::chrono::time_point_cast() 或 std::floor() 来执行。

要表示一天中的某个时刻，可以使用 std::chrono::time_of_day 类型，该类型表示从午夜开始经过的时间，以时、分、秒和子秒的形式表示。这个类模板针对不同的精度（std::chrono::hours、std::chrono::minutes 和 std::chrono::seconds）进行了特化。此类型主要用作格式化工具，它有两个名为 make12() 和 make24() 的成员，它们用于将输出的时间格式更改为 12 小时或 24 小时格式。

总结

本节描述的日期和时间工具都基于 std::chrono::system_clock。

自 C++20 以来，这个时钟测量 Unix 时间，即自 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC 开始的时间。这意味着隐式时区是 UTC。但是，在大多数情况下，人们感兴趣的可能是特定时区的当地时间。为此，chrono 库还增加了对时区的支持。