std::chrono::duration 剩余时间测量溢出

Question

我想知道事件发生还有多长时间。我为此使用 boost::chrono 或 std::chrono。

基本上算法是这样的：

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（理论上）可能会发生以下情况：start 接近时钟周期的末尾（IMO 没有概念 0 是什么意思，所以它可能是任意的）。
然后 start + myTotalTime 可能会溢出并且减法可能会下溢。

即使像 steady_clock::now() - start 这样简单的事情也可能下溢。

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，我仍然为 steady_clock::now() - start 获得正确数量的 "units"：10 - 250 = 10 + 256 - 255 = 16 8 位无符号数学。

但是 AFAIK over/underflow 对于签名类型是未定义的行为。

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

Answer 1

我没有看到问题。您选择的单位不会超出您的需要，对吗？

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纪元（！=大爆炸），它不会溢出任何时间很快。

其他的也一样，但是在纳秒内擦掉 30 位，很有可能溢出，剩下的 33 位 /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，如果你的纪元是 1970 (Unix)，你可能想参考之前的日期，所以它必须被签名。如果你的epoch是1600（Windows），你显然不能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 定义自己的持续时间，其中范围与分辨率交换，我过去曾这样做过，作为打印十进制秒时间戳的便捷方式。

或者如果您需要范围和分辨率，您可以定义一个更大的整数 class。

Answer 2

这是一个简短的程序，您可以使用它查看任何平台在 steady_clock 中剩余的范围（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 溢出的年数。在几个不同的平台上运行这几次之后，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，否则你不需要担心。

在我的平台上（这很常见），steady_clock 以纳秒为单位测量启动后的时间。

对我来说这个程序输出：

292.127 years to go

任何不能代表now()无溢出的平台和任何时钟都不太可能被广泛采用。

Why are the duration and especially time_points defined with signed instead of unsigned types?

使 duration 和 time_point 减法不易出错。是的，如果你减去 unsigned_smaller - unsigned_larger 你会得到一个定义明确的结果，但那个结果不是可能是程序员期望的答案（除了 time_point + 您给出的持续时间的示例）。
因此 1970 年之前的日期时间可以用 system_clock::time_point 表示。尽管未指定，但 system_clock 正在测量 Unix Time（使用各种精度）是事实上的标准。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。

取而代之的是，用足够的位数指定了有符号整数表示，以试图使溢出成为一个罕见的问题。纳秒精度保证有 +/- 292 年的范围。较粗的精度将具有比这更大的范围。当此默认值不够时，允许自定义表示。

std::chrono::duration 剩余时间测量溢出

Overflow in std::chrono::duration for remaining time measurement

c++

integer-overflow

c++11

chrono