Энтони Уильямс - Параллельное программирование на С++ в действии. Практика разработки многопоточных программ

Если часы ходят с постоянной частотой (вне зависимости от того, совпадает эта частота с periodили нет) и не допускают подведения , то говорят, что часы стабильны . Статический член is_steadyкласса часов равен true, если часы стабильны, и falseв противном случае. Как правило, часы std::chrono::system_clockнестабильны, потому что их можно подвести, даже если такое подведение производится автоматически, чтобы учесть локальный дрейф. Из-за подведения более позднее обращение к now()может вернуть значение, меньшее, чем более раннее, а это нарушение требования к равномерному ходу часов. Как мы скоро увидим, стабильность важна для вычислений с таймаутами, поэтому в стандартной библиотеке С++ имеется класс стабильных часов — std::chrono::steady_clock. Помимо него, стандартная библиотека содержит класс std::chrono::system_clock(уже упоминавшийся выше), который представляет системный генератор «реального времени» и имеет функции для преобразования моментов времени в тип time_tи обратно, и класс std::chrono::high_resolution_clock, который представляет наименьший возможный тактовый период (и, следовательно, максимально возможное разрешение). Может статься, что этот тип на самом деле является псевдонимом typedefкакого-то другого класса часов. Все эти классы определены в заголовке наряду с прочими средствами работы со временем.

Чуть ниже мы рассмотрим представления моментов времени, но сначала познакомимся с представлением интервалов.

Интервалы — самая простая часть подсистемы поддержки времени; они представлены шаблонным классом std::chrono::duration<>(все имеющиеся в С++ средства работы со временем, которые используются в библиотеке Thread Library, находятся в пространстве имен std::chrono). Первый параметр шаблона — это тип представления ( int, longили double), второй — дробь, показывающая, сколько секунд представляет один интервал. Например, число минут, хранящееся в значении типа short, равно std::chrono::duration<60,1>>, потому что в одной минуте 60 секунд. С другой стороны, число миллисекунд, хранящееся в значении типа double, равно std::chrono::duration<1, 1000>>, потому что миллисекунда — это 1/1000 секунды.

В пространстве имен std::chronoимеется набор предопределенных typedef'ов для различных интервалов: nanoseconds, microseconds, milliseconds, seconds, minutesи hours. В них используется достаточно широкий целочисленный тип, подобранный так, чтобы можно было представить в выбранных единицах интервал продолжительностью свыше 500 лет. Имеются также typedefдля всех определенных в системе СИ степеней 10 — от std::atto(10 -18) до std::exa(10 18) (и более, если платформа поддерживает 128-разрядные целые числа) — чтобы можно было определить нестандартные интервалы, например std::duration(число сотых долей секунды, хранящееся в значении типа double).

Между типами интервалов существует неявное преобразование, если не требуется отсечение (то есть неявно преобразовать часы в секунды можно, а секунды в часы нельзя). Для явного преобразования предназначен шаблон функции std::chrono::duration_cast<>:

std::chrono::milliseconds ms(54802);

std::chrono::seconds s =

std::chrono::duration_cast(ms);

Результат отсекается, а не округляется, поэтому в данном примере sбудет равно 54.

Для интервалов определены арифметические операции, то есть сложение и вычитание интервалов, а также умножение и деление на константу базового для представления типа (первый параметр шаблона) дает новый интервал. Таким образом, 5*seconds(1)— то же самое, что seconds(5)или minutes(1) - seconds(55). Количество единиц в интервале возвращает функция-член count(). Так, std::chrono::milliseconds(1234).count()равно 1234.

Чтобы задать ожидание в течение интервала времени, используется функция std::chrono::duration<>. Вот, например, как задается ожидание готовности будущего результата в течение 35 миллисекунд:

std::future f = std::async(some_task);

if (f.wait_for(std::chrono::milliseconds(35)) ==

std::future_status::ready)

do_something_with(f.get());

Все функции ожидания возвращают код, показывающий, истек ли таймаут или произошло ожидаемое событие. В примере выше мы ожидаем будущий результат, поэтому функция вернет std::future_status::timeout, если истек таймаут, std::future_status::ready — если результат готов, и std::future_status::deferred — если будущая задача отложена. Время ожидания измеряется с помощью библиотечного класса стабильных часов, поэтому 35 мс — это всегда 35 мс, даже если системные часы были подведены (вперёд или назад) в процессе ожидания. Разумеется, из-за особенностей системного планировщика и варьирующейся точности часов ОС фактическое время между вызовом функции в потоке и возвратом из нее может оказаться значительно больше 35 мс.

Разобравшись с интервалами, мы можем перейти к моментам времени.

Момент времени представляется конкретизацией шаблона класса std::chrono::time_point<>, в первом параметре которой задаются используемые часы, а во втором — единица измерения (специализация шаблона std::chrono::duration<>). Значением момента времени является промежуток времени (измеряемый в указанных единицах) с некоторой конкретной точки на временной оси, которая называется эпохой часов. Эпоха часов — это основополагающее свойство, однако напрямую его запросить нельзя, и в стандарте С++ оно не определено. Из типичных эпох можно назвать полночь (00:00) 1 января 1970 года и момент, когда в последний раз был загружен компьютер, на котором исполняется приложение. У разных часов может быть общая или независимые эпохи. Если у двух часов общая эпоха, то псевдоним типа typedef time_pointв одном классе может ссылаться на другой класс как на тип, ассоциированный с time_point. Хотя узнать, чему равна эпоха, невозможно, вы можете получить время между данным моментом time_pointи эпохой с помощью функции-члена time_since_epoch(), которая возвращает интервал.

Например, можно задать момент времени std::chrono::time_point . Он представляет время по системным часам, выраженное в минутах, а не в естественных для этих часов единицах (как правило, секунды или доли секунды).

К объекту std::chrono::time_point<>можно прибавить интервал или вычесть из него интервал — в результате получится новый момент времени. Например, std::chrono::high_resolution_clock::now() + std::chrono::nanoseconds(500)соответствует моменту времени в будущем, который отстоит от текущего момента на 500 наносекунд. Это удобно для вычисления абсолютного таймаута, когда известна максимально допустимая продолжительность выполнения некоторого участка программы, и внутри этого участка есть несколько обращений к функциям с ожиданием или обращения к функциям, которые ничего не ждут, но предшествуют функции с ожиданием и занимают часть отведенного времени.