剩余时间测量的 std::chrono::duration 溢出

Question

我想知道，事件发生还剩多少时间。为此，我正在使用 boost::chrono 或 std::chrono。

算法基本上是这样的：

using std::chrono; // Just for this example
auto start = steady_clock::now();
seconds myTotalTime(10);
while(true){
  auto remaining = start + myTotalTime - steady_clock::now();
  seconds remainingSecs = duration_cast<seconds>(remaining);
  if(remainingSecs.count() <= 0) return true;
  else print("Remaining time = " + remainingSecs.count()); // Pseudo-Code!
}

现在可能（理论上）发生以下情况：start 接近时钟周期的末尾（IMO 不知道0 的含义，因此它可能是任意的）。
那么start + myTotalTime 可能会溢出，减法可能会下溢。

即使像steady_clock::now() - start 这样简单的东西也可能下溢。

对于无符号类型，这不是问题。如果它们是无符号的，那么标准保证在溢出 now() 和下溢减法的情况下，我仍然得到正确数量的 steady_clock::now() - start“单位”：10 - 250 = 10 + 256 - 255 = 16 用于 8 位无符号数学。

但签名类型的 AFAIK 上溢/下溢是未定义的行为。

我错过了什么吗？为什么持续时间，尤其是 time_points 定义为有符号而不是无符号类型？

Answer 1

这是一个简短的程序，您可以使用它来查看steady_clock 对于任何平台还剩下多少范围（相对于现在）：

#include <chrono>
#include <iostream>

int
main()
{
    using namespace std::chrono;
    using namespace std;
    using days = duration<int, ratio<86400>>;
    using years = duration<double, ratio_multiply<ratio<146097, 400>, days::period>>;
    cout << years{steady_clock::time_point::max() -
                  steady_clock::now()}.count() << " years to go\n";
}

这将输出从现在起steady_clock 将溢出的年数。在几个不同的平台上运行几次之后，你应该会有一种温暖的模糊感觉，除非你的程序要运行超过几百年，否则你不必担心。

在我的平台上（这很常见），steady_clock 以纳秒为单位测量自启动以来的时间。

对我来说，这个程序输出：

292.127 years to go

任何不能无溢出地表示now()的平台和任何时钟都不太可能被广泛采用。

为什么持续时间，尤其是 time_points 定义为有符号类型而不是无符号类型？

• 使duration 和time_point 减法更不容易出错。是的，如果你减去 unsigned_smaller - unsigned_larger 你会得到一个定义明确的结果，但这个结果不太可能是程序员期望的答案（除了示例time_point + 您给出的持续时间）。

• 因此 1970 年之前的日期时间可以用 system_clock::time_point 表示。虽然没有具体说明，但system_clock 正在测量Unix Time（使用各种精度）是一个事实上的标准。这需要保持负值来表示 1970-01-01 00:00:00 UTC 之前的时间。我目前正在尝试将这种现有做法标准化。

相反，有符号整数表示被指定为具有足够数量的位，以试图使溢出成为一个罕见的问题。纳秒精度保证具有 +/- 292 年的范围。较粗的精度将具有比这更大的范围。当此默认值不足时，允许自定义表示。

Answer 2

我没有看到问题。您选择的单元不会溢出来满足您的需要，确定吗？

在我的系统上（是的，我知道，但是）std::chrono::seconds 被定义为 int64_t，所以假设选择了一个合理的时代（！= big bang），它不会很快溢出。

其他的也是，但在纳秒内擦除了 30 位，留下了很好的溢出机会，剩下的 33 位给 /only/ 270 年左右。

time_point 在内部使用持续时间，因为它是自纪元以来的持续时间。原则上，如果您的纪元是 1970 年（Unix），您可能希望引用在那之前的日期，因此必须对其进行签名。如果您的 epoch 是 1600 (Windows)，您显然不能使用纳秒来表示当前时间点，这是一个可移植性问题。

当然，您可以使用 double 定义您自己的持续时间，其中范围交换分辨率，我过去曾这样做，作为打印十进制秒时间戳的便捷方式。

如果您需要范围和分辨率，也可以定义一个更大的整数类。