C++中的std::ratio是什么？（如何在编译期表示分数单位）

std::ratio 是编译期有理数模板，用于 constexpr 精确表示分数，无运行时开销；仅含静态常量 num 和 den，支持 ratio_add 等元运算，常用于 chrono 时间单位定义。

std::ratio 是什么，它根本不是运行时类型

它是一套编译期有理数模板，用来在 constexpr 上下文中精确表示分数（比如 1/1000、1024/1），不占运行时内存，也不产生任何指令。你不能对它做 std::ratio r = ...; 这种赋值——它没有构造函数，没有数据成员，只有两个公开的静态常量 num 和 den。

怎么定义和使用 std::ratio

直接用模板参数写分子分母，比如 std::ratio 表示千分之一；std::ratio 等价于 std::ratio。它本身不提供计算能力，但标准库配套提供了 std::ratio_add、std::ratio_multiply 等元函数，用于编译期算术：

using ms = std::ratio<1, 1000>;
using s = std::ratio<1>;
using us = std::ratio_multiply>; // 1 微秒 = 1ms × 1/1000

• std::ratio 的分子分母必须是整型字面量，且分母不能为 0；否则编译失败，错误信息类似 static_assert failed due to requirement 'Den != 0'
• 分子分母会自动约分： std::ratio 等价于 std::ratio，这是通过 std::gcd 在编译期完成的
• 所有运算结果仍是 std::ratio 类型，仍可继续参与元运算，但无法直接转成浮点数——你得手动取 num/den 再算

它最常出现在 chrono 里，别想绕开它

std::chrono::duration 的第二个模板参数就是 std::ratio，比如 std::chrono::milliseconds 底层就是 duration>。如果你自己定义时间单位，漏掉或写错 ratio，就会触发类型不匹配：

auto d = std::chrono::seconds(5);
// 错误：不能把 duration<…, ratio<1>> 隐式转成 duration<…, ratio<1,1000>>
std::chrono::milliseconds ms = d; // 编译失败

• 跨单位赋值需显式转换：std::chrono::milliseconds ms = std::chrono::duration_cast<:chrono::milliseconds>(d);
• 自定义单位时，别手写大数分母（如 std::ratio），优先用 std::nano、std::pico 这类标准别名，它们更易读且已约分
• std::ratio 不支持负数分子（C++17 起允许，但很多老编译器仍报错），要表示负向偏移，用 -std::ratio::num 手动处理

为什么不能用 float 或 double 替代

因为浮点数在编译期不可 constexpr（C++20 前），且存在精度丢失：比如 1.0/1000.0 在二进制下是无限循环小数。而 std::ratio 是精确、无损、纯整型的——它存在的唯一目的，就是让“1 毫秒 = 1/1000 秒”这种关系，在编译器眼里是铁律，不是近似值。

炉米Lumi

字节跳动推出的AI模型分享社区和模型训练平台

下载

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

真正容易被忽略的是：它的所有能力都锁死在模板实例化阶段。一旦进入运行时（比如用户输入一个分母），你就没法再构造新的 std::ratio ——这时候只能退回到浮点或自定义有理数类。