有理数、日期时间、文件系统

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2025-04-06

`std::ratio`

类模板 std::ratio 及相关的模板提供编译时有理数(整数和分数的集合)算术支持。此模板的每个实例化都准确表示任一有限有理数。此模板的每个实例化都准确表示任一确定有理数，只要分子 Num 与分母 Denom 能表示为 std::intmax_t 类型的编译时常量。另外， Denom 不可为零且不可等于最负的值。

约分分子和分母到最简：

std::ratio<2, 10> r;
std::cout << r.num << std::endl;	//1
std::cout << r.den << std::endl;	//5

可以通过type类型获约分后的类型std::ratio<2, 10>::type，另外，如果分子分母都是负数，那么分子分母都将变为正整数。

std::ratio<-2, -10> r;
std::cout << r.num << std::endl;	//1
std::cout << r.den << std::endl;	//5

还有，如果只有分子或分母中的一个是负数，那么负号将移到分子上。

std::ratio<2, -10> r;
std::cout << r.num << std::endl;	//-1
std::cout << r.den << std::endl;	//5

标准库提供数个对应 SI( 国际单位制) ratio的方便别名：

using atto  = ratio<1, 1000000000000000000LL>;
using femto = ratio<1, 1000000000000000LL>;
using pico  = ratio<1, 1000000000000LL>;
using nano  = ratio<1, 1000000000>;
using micro = ratio<1, 1000000>;
using milli = ratio<1, 1000>;
using centi = ratio<1, 100>;
using deci  = ratio<1, 10>;								//十分之一(一比十)
using deca  = ratio<10, 1>;								//十(十比一)
using hecto = ratio<100, 1>;
using kilo  = ratio<1000, 1>;
using mega  = ratio<1000000, 1>;
using giga  = ratio<1000000000, 1>;
using tera  = ratio<1000000000000LL, 1>;
using peta  = ratio<1000000000000000LL, 1>;
using exa   = ratio<1000000000000000000LL, 1>;

编译时有理数算术

提供数个别名模板，它们在编译时进行 ratio 实例上的算术。

在标头 `<ratio>` 定义
ratio_add	在编译时相加两个 `ratio` 对象 (别名模板)
ratio_subtract	在编译时相减两个 `ratio` 对象 (别名模板)
ratio_multiply	在编译时相乘两个 `ratio` 对象 (别名模板)
ratio_divide	在编译时相除两个 `ratio` 对象 (别名模板)

example：

std::ratio_add<nano, micro>::type;

编译时有理数比较

提供数个类模板，它们在编译时进行 ratio 实例上的比较运算。

在标头 `<ratio>` 定义
ratio_equal	在编译时比较两个 `ratio` 对象的相等性 (类模板)
ratio_not_equal	在编译时比较两个 `ratio` 对象的不相等性 (类模板)
ratio_less	在编译时比较两个 `ratio` 对象的_小于_关系 (类模板)
ratio_less_equal	在编译时比较两个 `ratio` 对象的_小于或等于_关系 (类模板)
ratio_greater	在编译时比较两个 `ratio` 对象的_大于_关系 (类模板)
ratio_greater_equal	在编译时比较两个 `ratio` 对象的_大于或等于_关系 (类模板)

example：

std::ratio_equal<std::ratio<10>, std::ratio<10>>::value;	//true

`std::chrno`

chrno是C++日期时间库，以各种精度跟踪时间的类型的灵活汇集。

chrono 库定义三种主要类型以及工具函数和常用 using别名。

clock 时钟
duration 时长
time_point 时间点

duration

std::chrono::duration 表示时长，时长由时间跨度组成，定义为某时间单位的某个计次数。例如，“ 42 秒”可表示为由 42 个 1 秒时间点位的计次所组成的时长。duration类模板定义如下：

template <class _Rep, class _Period = ratio<1,1>> 
class duration;

- `_Rep：`表示一种数值类型，用来表示`_Period`的数量，比如`int、float、double...`
- `_Period`：是`std::ratio`类型，用来表示（用秒表示的）单位，比如`second、milisecond...`

比如，想要表示一个秒数，代码如下：

std::chrono::duration<long long,std::ratio<1,1>> mysec(10);			//mysec表示10秒

std::chrono 命名空间名太长了，可以简化一下 namespace co = std::chrono;因为duration第二个模板默认值就是std::ratio<1,1>，所以还可以简写为如下形式：

co::duration&lt;long long&gt; mysec(10);

如果想要表示分钟怎么办呢？

std::chrono::duration<long long, std::ratio<1, 60>> myminute(10);	//myminute表示10分钟

上述代码中std::ratio比例为1/60，表示一分钟等于60秒。

其实不需要这么复杂，因为常用的时长类型已经被预定义好了！如下表所示：

类型	定义
std::chrono::nanoseconds	duration<long long, nano>
std::chrono::microseconds	duration<long long, micro>;
std::chrono::milliseconds	duration<long long, milli>;
std::chrono::seconds	duration<long long>;
std::chrono::minutes	duration<int, ratio<60>>;
std::chrono::hours	duration<int, ratio<3600>>;
std::chrono::days (C++20 起)	duration<int, ratio_multiply<ratio<24>, hours::period>>;
std::chrono::weeks (C++20 起)	duration<int, ratio_multiply<ratio<7>, days::period>>;
std::chrono::months (C++20 起)	duration<int, ratio_multiply<ratio<146097, 400>, days::period>>;
std::chrono::years (C++20 起)	duration<int, ratio_divide<years::period, ratio<12>>>;

用辅助类型定义对象就非常简单了！

chrono::seconds longtime(60);		//60秒
chrono::days	mydays(30);			//30天

当然，其实有更方便的方法，C++为我们提供了字面量重载函数。

在内联命名空间 std::literals::chrono_literals 定义

字面量函数	含义
operator""h(C++14)	表示小时的 std::chrono::duration 字面量 (函数)
operator""min(C++14)	表示分钟的 std::chrono::duration 字面量 (函数)
operator""s(C++14)	表示秒的 std::chrono::duration 字面量 (函数)
operator""ms(C++14)	表示毫秒的 std::chrono::duration 字面量 (函数)
operator""us(C++14)	表示微秒的 std::chrono::duration 字面量 (函数)
operator""ns(C++14)	表示纳秒的 std::chrono::duration 字面量 (函数)

注意：字面量后缀 d 和 y 不指代 days 和 years ，而是分别指代 day 和 year 。 (C++20 起)

chrono::seconds longtime = 60s;
chrono::days	monthOfDays = 30d;	//error:“初始化”: 无法从“std::chrono::day”转换为“std::chrono::days”

获取计数

首先，我们来定义一个表示分钟的时长对象。

chrono::minutes mins;

除了初始化之外，还可以给它赋值。

mins = 20min;

要获取值，则可以通过成员函数count获取。

std::cout << mins << "  " << mins.count()  << std::endl;

运行结果为：20min 20，从上面可以看到，也能直接输出duration对象，只不过会加上单位作为后缀。如果输出的不是预定义的类型，则会有不一样的效果。

std::cout << chrono::duration<long long, std::ratio<1, 20>>(5) << std::endl;

运行结果为：5[1/20]s，那么最大能表示多少分钟，最小能表示多分钟呢？可以通过下面的静态方法获取！

std::cout << mins.zero() << " " << mins.min() << " " << mins.max() << std::endl;

运行结果为：0min -2147483648min 2147483647min

转换

如果需要把分钟转成秒，则可以通过函数duration_cast实现。

auto s = chrono::duration_cast<chrono::seconds>(mins).count();
std::cout <<"20 minute is " << s << " seconds" << std::endl;

运行结果为：20 minute is 1200 seconds，下面代码把分钟转成小时：

auto h = chrono::duration_cast<chrono::hours>(mins).count();
std::cout << "20 minute is " << h << " hours" << std::endl;

运行结果为：20 minute is 0 hours，竟然是0小时？没错这个是没有小数部分的，那如果要不满一小时，算一小时怎么办呢？答案是使用ceil函数进行向上取整的转换。

auto h = chrono::ceil<chrono::hours>(mins).count();
std::cout << "20 minute is " << h << " hours" << std::endl;

运行结果为：20 minute is 1 hours，同样还有向下取整函数floor、就近取整函数round。如果你的时长是一个负值，还可以通过abs获取绝对值。

算术运算

`clock`

时钟由起点（或纪元）及计次频率组成。例如，时钟可以拥有 1970 年 1 月 1 日的纪元，和每一秒的计次。

C++ 定义数种时钟类型：

**system_clock**

类 std::chrono::system_clock 表示系统范围的实时挂钟。首先，获取当前时间。

auto currentTime =  chrono::system_clock::now();

system_clock是获取从协调世界时(UTC)1970 年 1 月 1 日星期四 00:00:00 开始的时间。可以直接输出。

std::cout << currentTime << std::endl;

运行结果为：2023-07-28 14:20:15.4173841，还提供了to_time_t和from_time_t函数，让系统时钟时间点和time_t之间进行转换。

//转换系统时钟时间点为time_t
time_t t = chrono::system_clock::to_time_t(currentTime);
//转换time_t到系统时钟时间点
auto nowTime = chrono::system_clock::from_time_t(time(nullptr));

注意：chrono::system_clock::now();函数返回的是一个时间点(time_point)对象。

**steady_clock**

std::chrono::steady_clock表示单调时钟。这个时钟的时间点不会随着物理时间的向前移动而减少，并且这个时钟的滴答之间的时间是恒定的。这个时钟与挂钟时间无关(例如，它可以是自上次重新启动以来的时间)，最适合测量时间间隔。只有一个静态函数，即获取时间。

static time_point now();

还有一个静态常量，用来判断是否是steady时钟。

static constexpr bool is_steady;

**high_resolution_clock**

std::chrono::high_resolution_clock 类表示实现提供的具有最小滴答周期(精度最高)的时钟。它可以是std::chrono::system_clock或std::chrono::steady_clock的别名，也可以是第三个独立时钟(看具体实现)。

`time_point`

时间点是从特定时钟的纪元开始经过的时间时长。

chrono::system_clock::time_point nowTime =  chrono::system_clock::now();

可以通过函数获取自1970年以来开始的时长(chrono::system_clock::duration)(纳秒数)。

std::cout << nowTime.time_since_epoch() << std::endl;

运行结果为：16905550612558537[1/10000000]s，除此之外，还支持各种运算：

成员函数

非成员函数

c++ - 为什么在 C++ 中获取日期和/或时间如此复杂？ - IT工具网

`std::filesystem(C++17)`

Filesystem库提供了对文件系统及其组件(如路径、常规文件和目录)执行操作的工具。

先搞清楚一些概念：

文件：持有数据的文件系统对象，能被写入或读取，或二者皆可。文件拥有名称及属性，属性之一是文件类型：
- 目录：表现为目录条目的容器的文件，目录条目标识其他文件（其中一些可以是另外的嵌套的目录）。讨论到具体文件时，包含该文件目录条目的目录是其_父目录_。父目录能以相对路径名 ".." 表示。
- 硬链接：关联一个名字到一个既存文件的目录条目。若支持多重硬链接，则文件在最后一个到它的硬链接被移除后才被移除。
- 符号链接：关联一个名词到一个路径的目录条目，路径可以存在亦可不存在。
- 常规文件：不是其他文件类型的文件。
文件名：命名一个文件的字符串。名称 "." （点）与".."（双点）在库层次拥有特殊含义。
路径：标识一个文件的元素序列。它以可选的_根名_ （例如Windows上的 "C:" 或 "//server" ）开始，后随可选的_根目录_ （例如 Unix 上的 "/" ），后随零或更多个文件名（除了最后一个都必须是目录或到目录的链接）的序列。表示路径的字符串（路径名）的原生格式（如哪些字符被用作分隔符）与字符编码是实现定义的，库提供路径的可移植表示。

`path`

类型 path 的对象表示文件系统上的路径。只有路径的语法外观得到处理：路径名可能表示不存在的路径，或甚至不允许存在于当前文件系统或操作系统的路径。路径可以隐式地与**std::basic_string**进行转换，这使得可以将它们与其他文件api一起使用。

**Member functions**

函数	描述
assign	分配内容(会把原来的内容清空，和operatro=一样)
连接
append operator/=	使用目录分隔符('/','')向路径追加元素
concat operator+=	连接两个路径而不引入目录分隔符
修改
clear	清空内容
make_preferred	将目录分隔符转换为首选目录分隔符
remove_filename	移除文件名路径组件
replace_filename	用另一个路径替换最后一个路径组件
replace_extension	替换扩展名
swap	交换两个路径
获取不同格式的路径
c_str native operator string_type	返回路径的本机版本
string wstring u8string u16string u32string	将本机路径名格式的路径转换为字符串
generic_string generic_wstring generic_u8string generic_u16string generic_u32string	返回转换为字符串的通用路径名格式的路径
比较
compare	按字典顺序比较两个路径的词法表示
生成
lexically_normal	将路径转换为标准形式
lexically_relative	将路径转换为相对形式
lexically_proximate	将路径转换为近似形式
分解
root_name	返回路径的根名称(如果存在)
root_directory	返回路径的根目录(如果存在)
root_path	返回路径的根路径(如果存在)
relative_path	返回相对于根路径的路径
parent_path	返回父路径的路径
filename	返回文件名路径组件
stem	返回主干路径组件(文件名不带最终扩展名)
extension	返回文件扩展名路径组件
查询
empty	检查路径是否为空
has_root_path has_root_name has_root_directory has_relative_path has_parent_path has_filename has_stem has_extension	检查相应的路径元素是否为空
is_absolute is_relative	检查root_path()是否唯一标识文件系统位置
迭代器
begin end	迭代器以元素序列的形式访问路径

**Non-member functions**

定义在命名空间 `std::filesystem`
swap(std::filesystem::path)	交换两个路径
hash_value	计算路径对象(函数)的哈希值
operator== operator<=>(C++20)	按字典顺序比较两个路径
operator/	使用目录分隔符连接两个路径
operator<< operator>>	在带引号的路径上执行流输入和输出

File types
is_block_file	检查给定路径是否指向块设备(函数)
is_character_file	检查给定的路径是否指向字符设备(函数)
is_directory	检查给定的路径是否指向一个目录(函数)
is_empty	检查给定的路径是否指向空文件或目录(函数)
is_fifo	检查给定路径是否引用命名管道(函数)
is_other	检查参数是否引用了“其他”文件(函数)
is_regular_file	检查参数是否引用常规文件(函数)
is_socket	检查参数是否引用了一个命名的IPC套接字(函数)
is_symlink	检查参数是否引用符号链接(函数)
status_known(	检查文件状态是否已知(函数)

absolute	组成一个绝对路径
canonical weakly_canonical	组成一个规范路径
relative proximate	合成一个相对路径(函数)
copy	复制文件或目录(函数)
copy_file	复制文件内容(函数)
copy_symlink	复制一个符号链接(函数)
create_directory create_directories	创建新目录(函数)
create_hard_link	创建一个硬链接(函数)
create_symlink create_directory_symlink	创建一个符号链接(函数)
current_path	返回或设置当前工作目录(函数)
exists	检查path是否引用了现有的文件系统对象(函数)
equivalent	检查两个路径是否指向同一个文件系统对象(function)
file_size	返回文件的大小(函数)
hard_link_count	返回指向特定文件(函数)的硬链接数。
last_write_time	获取或设置最后一次数据修改的时间(函数)。
permissions	修改文件访问权限(函数)
read_symlink	获取符号链接(函数)的目标。
remove remove_all	删除文件或空目录，递归地删除文件或目录及其所有内容(函数)
rename	移动或重命名文件或目录(函数)
resize_file	通过截断或零填充改变常规文件的大小(函数)
space	确定文件系统(函数)上的可用空闲空间
status symlink_status	确定文件属性确定文件属性，检查符号链接目标(函数)
temp_directory_path	返回适合存放临时文件的目录

`directory_entry`

std::filesystem::directory_entry表示目录项。该对象将路径作为成员存储，还可以在目录迭代期间存储其他文件属性(硬链接计数、状态、符号链接状态、文件大小和最后写时间)。

**Member functions**

修改
operator=	分配的内容
assign	分配的内容
replace_filename	设置文件名
refresh	更新缓存的文件属性
观察
path operator const path&	返回目录项所引用的路径
exists	检查目录项是否引用现有的文件系统对象(是否存在)
is_block_file	检查目录项是否指向块设备
is_character_file	检查目录项是否是字符设备
is_directory	检查目录项是否是目录
is_fifo	检查目录项是否是命名管道
is_other	检查目录项是否是“其他”文件
is_regular_file	检查目录项是否是常规文件
is_socket	检查目录条目是否是一个命名的IPC套接字
is_symlink	检查目录项是否是符号链接
file_size	返回目录项所指向的文件的大小
hard_link_count	返回指向目录项所指向的文件的硬链接数
last_write_time	获取或设置目录项所引用的文件的最后一次数据修改的时间
status symlink_status	该目录项指定的文件的状态该目录项指定的文件的Symlink_status
operator== operator<=>	比较两个目录项

**Non-member functions**

函数	描述
operator<<	对目录项执行流输出(函数)

directory_iterator是一个LegacyInputIterator()，它遍历目录的directory_entry元素(但不访问子目录)。迭代顺序没有指定，只是每个目录项只访问一次。跳过特殊的路径名.和..。遗留输入迭代器(LegacyInputIterator) 仅保证单趟算法的有效性：一旦自增遗留输入迭代器**(LegacyInputIterator)** ，则所有其先前值的副本都可能失效。首先，使用指定的路径创建迭代器。

std::filesystem::directory_iterator it("./");

然后，遍历目录。

for (auto& entry : dir_it)
{
    std::cout << entry << std::endl;
}

或者通过迭代器遍历，值得注意的是，迭代器遍历之后不能再次使用，必须重新创建。

std::filesystem::directory_iterator dir_it("./");
for (auto it = std::filesystem::begin(dir_it); 
     dir_it != std::filesystem::end(dir_it); it++)
{
    std::cout << *it << std::endl;
}

`recursive_directory_iterator`

std::filesystem::recursive_directory_iterator是一个LegacyInputIterator，它遍历目录的directory_entry元素，并递归地遍历所有子目录的条目。迭代顺序没有指定，只是每个目录项只访问一次。

除了和**directory_iterator**一样遍历目录外，还提供了一些方法。

获取当前递归深度

int depth() const;

bool recursion_pending() const;

禁用递归，直到下一个增量

void disable_recursion_pending()

void pop();					//异常版本
void pop(error_code& _Ec);	//错误码版本

定的文件的状态该目录项指定的文件的Symlink_status | | operator== operator<=> | 比较两个目录项 |

**Non-member functions**

函数	描述
operator<<	对目录项执行流输出(函数)

`directory_iterator`

std::filesystem::directory_iterator it("./");

然后，遍历目录。

for (auto& entry : dir_it)
{
    std::cout << entry << std::endl;
}

或者通过迭代器遍历，值得注意的是，迭代器遍历之后不能再次使用，必须重新创建。

std::filesystem::directory_iterator dir_it("./");
for (auto it = std::filesystem::begin(dir_it); 
     dir_it != std::filesystem::end(dir_it); it++)
{
    std::cout << *it << std::endl;
}

`recursive_directory_iterator`

除了和**directory_iterator**一样遍历目录外，还提供了一些方法。

获取当前递归深度

int depth() const;

bool recursion_pending() const;

禁用递归，直到下一个增量

void disable_recursion_pending()

void pop();					//异常版本
void pop(error_code& _Ec);	//错误码版本