高效生成UTC时间戳

Question

我需要经常以字符串格式生成UTC时间戳（每秒几次），并且我为其编写的代码效率低下。 有没有比我使用的更快的方法？可以假定该程序不会跨越日期边界运行。

void GenerateUTCTimestamp(std::string& out) 
{ 
    auto now = std::chrono::system_clock::now(); 
    time_t tnow = std::chrono::system_clock::to_time_t(now); 
    tm* utc = gmtime(&tnow); 

    std::stringstream ss; 

    ss << std::setfill('0'); 
    ss << std::setw(4) << utc->tm_year + 1900;  // Year 
    ss << std::setw(2) << utc->tm_mon + 1;   // Month 
    ss << std::setw(2) << utc->tm_mday;    // Day 
    ss << '-'; 
    ss << std::setw(2) << utc->tm_hour << ':';  // Hours 
    ss << std::setw(2) << utc->tm_min << ':';  // Minutes 
    ss << std::setw(2) << utc->tm_sec;    // Seconds 

    out = ss.str(); 
} 

Answer 1

你会遇到麻烦比这更快的查找代码：

#include <chrono> 
#include <string> 

void 
stamp(char* s, int i) 
{ 
    do 
    { 
     *s-- = char(i % 10) + '0'; 
     i /= 10; 
    } while (i > 0); 
} 

void GenerateUTCTimestamp(std::string& out) 
{ 
    using namespace std; 
    using namespace std::chrono; 
    using days = duration<int, ratio<86400>>; 
    auto now = time_point_cast<seconds>(system_clock::now()); 
    auto today = time_point_cast<days>(now); 
    auto s = now - today; 

    // y-m-d 
    auto z = today.time_since_epoch().count() + 719468; 
    const auto era = 5; 
    const auto doe = z - era * 146097; 
    const auto yoe = (doe - doe/1460 + doe/36524 - doe/146096)/365; 
    const auto y = yoe + era * 400; 
    const auto doy = doe - (365*yoe + yoe/4 - yoe/100); 
    auto m = (5*doy + 2)/153; 
    const auto d = doy - (153*m+2)/5 + 1; 
    m = m + (m < 10 ? 3 : -9); 

    // h:M:s 
    const auto h = duration_cast<hours>(s); 
    s -= h; 
    const auto M = duration_cast<minutes>(s); 
    s -= M; 

    // format yyyymmdd-hh:MM:ss 
    out = "00000000-00:00:00"; 
    stamp(&out[3], y); 
    stamp(&out[5], m); 
    stamp(&out[7], d); 
    stamp(&out[10], h.count()); 
    stamp(&out[13], M.count()); 
    stamp(&out[16], s.count()); 
} 

• 该代码使用公共域算法civil_from_days从这里：

  http://howardhinnant.github.io/date_algorithms.html#civil_from_days

  您可以在其中找到该算法的深入解释米

• 代码中的分支数量被最小化，并且代码大小本身被最小化。

• 完全避免使用通用（方便）流，而是选择一种不涉及本地化，特征，宽字符，自定义宽度或对齐的纯粹整数到字符算法，或者甚至是负值。

• 除了第一次调用，内存分配完全避免通过重用和格式化直接out。

• 此代码确实具有有限有效范围：2000-03-01到2400年2月29日。如果您需要使该代码有效的个时刻超出此范围，改变era来计算：

  const auto era = (z >= 0 ? z : z - 146096)/146097;

我把这个代码在1000调用一个循环（使用相同的string ），对它进行计时，并在所有呼叫上平均时间。

在我的机器上（macOS，clang，libC++，-O3），原始代码大约需要3.9 µ s，优化后的代码大约需要150ns（约快25倍）。

然后对于微笑，我实施GenerateUTCTimestamp使用Howard Hinnant's date library看看它是如何在时间测试中表现。它清楚地赢得易用性试验（IMHO）的：

#include "date.h" 

void GenerateUTCTimestamp(std::string& out) 
{ 
    using namespace date; 
    using namespace std::chrono; 
    out = format("%Y%m%d-%T", time_point_cast<seconds>(system_clock::now())); 
} 

它主频在2.5 µ秒，比螺纹不安全C API快50％，但大量比优化代码更慢。对于通用工具的灵活性，性能会受到影响。

日期库使用与优化工具相同的日历算法（使用广义era除外），但格式化为像原始代码一样的stringstream。它当然也必须解析格式化字符串。