C++中std::chrono::duration怎么计算时差_C++高精度时间间隔转换【手册】

直接相减两个 time_point 得到 duration 类型，无需手动转毫秒；错误做法是强转 long long 计算，会丢失精度；正确做法是用 duration_cast 提取毫秒值。

std::chrono::duration 直接相减就能算时差，别手动转毫秒

两个 std::chrono::time_point 相减，结果就是 std::chrono::duration 类型，本质是“时间间隔”的强类型封装。不需要先转成毫秒或秒再做减法——那反而会丢失精度、引入截断误差。

常见错误是把 time_point 强制转成 long long 再计算：

auto t1 = std::chrono::steady_clock::now();
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
auto t2 = std::chrono::steady_clock::now();
// ❌ 错误：强行转 long long 丢精度，且语义不清
auto diff_ms = (t2.time_since_epoch().count() - t1.time_since_epoch().count()) * 
               std::chrono::steady_clock::period::num / 
               std::chrono::steady_clock::period::den;

✅ 正确做法是直接相减，让类型系统帮你处理单位转换：

auto diff = t2 - t1; // 类型是 std::chrono::duration<..., ...>
auto ms = std::chrono::duration_cast(diff).count();

• duration 支持直接 +、-、==、
• 不同 clock（如 steady_clock 和 system_clock）的 time_point 不能直接相减，编译报错
• 用 duration_cast 转换时，向下取整（向零截断），若需四舍五入可先加半格再 cast

std::chrono::duration_cast 不是函数调用，是模板显式特化

std::chrono::duration_cast 是一个模板，不是普通函数。它在编译期决定如何缩放底层计数值，不涉及运行时开销。但写错模板参数会导致静默精度损失或编译失败。

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典型陷阱：

• 把 duration_cast 当成合法写法 —— 实际必须是 duration 类型，比如 duration_cast
• 从高精度往低精度 cast（如纳秒 → 毫秒）会截断，但反向 cast（毫秒 → 纳秒）是安全的，只是补零
• 用 auto 接收 cast 结果时，类型仍是 duration，不是原始整数；要取数值必须调用 .count()

示例：

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auto ns = std::chrono::nanoseconds(123456789);
auto ms = std::chrono::duration_cast(ns); // 123ms
auto count = ms.count(); // 类型是 long long，值为 123

跨单位转换容易踩的坑：ratio 和浮点精度

std::chrono::duration 的模板参数是 Rep（表示类型）和 Period（一个 std::ratio）。比如 milliseconds 是 duration，其中 milli = ratio。

当你自定义 duration 或混用单位时，要注意：

• ratio（微秒）和 ratio（毫秒）之间转换，如果 Rep 是整数，除不尽就会截断
• 用 double 作 Rep 可保留小数，但会引入浮点误差，比如 duration 在长时间累加后可能失准
• 避免用 duration_cast 在整数 Rep 和浮点 Rep 之间来回转，容易隐式溢出或精度坍塌

推荐做法：内部统一用整数 Rep（如 long long），只在最终输出或 UI 层才转成浮点秒或带小数的毫秒。

实际性能影响：duration 运算几乎零开销，但 cast 和 count 有隐含成本

duration 是纯类型包装，所有算术操作在编译期确定缩放逻辑，生成的汇编通常就是几条整数加减或移位指令。但以下操作有真实开销：

• duration_cast 若目标单位与源单位不可整除（如纳秒 → 毫秒），需做整数除法（非移位），在某些嵌入式平台较慢
• .count() 是 trivial 成员函数，但若后续拿这个值做大量浮点运算，要注意类型转换延迟
• 频繁创建临时 duration 对象（尤其模板实例多时）可能略微增加编译时间和二进制体积，但对运行时无影响

高频场景（如游戏循环、实时日志打点）建议提前 cast 好并缓存，而不是每次都要 duration_cast(t2-t1).count()。

真正难的是理解 period 的 rational 缩放关系，而不是写法本身。多数问题出在想当然地“除1000”或“乘1e6”，而忽略了 ratio 是编译期有理数，不是运行时浮点系数。