高效生成 UTC 时间戳

Efficiently generating a UTC timestamp

本文关键字：时间戳 UTC 高效      更新时间：2023-10-16

我需要经常以字符串格式生成UTC时间戳(每秒几次)，而且我的代码效率低下。 有没有比我正在使用的方法更快的方法？可以假设程序不会跨日边界运行。

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();
}

您将很难找到比这更快的代码：

#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());
}

  • 此代码使用从这里civil_from_days的公共域算法：

    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。

    • 代码

  • 中的分支数最小化，代码大小本身最小化。

  • 完全避免使用通用(和方便)流，而是选择基本的整数到字符算法，该算法不处理本地化、特征、宽字符、自定义宽度或对齐方式甚至负值。

  • 除了第一次调用外，通过重用和格式化直接到out中完全避免了内存分配。

  • 此代码的有效期有限：2000-03-01 到 2400-02-29。 如果需要使此代码对此范围之外的时间点有效，请将era的计算更改为：

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

我把这段代码放在一个包含 1000 次调用(具有相同string)的循环中，对其进行计时，并平均所有调用的时间。

在我的机器(macOS，clang，libc ++，-O3)上，原始代码大约需要3.9μs，优化代码大约需要150ns(快约25倍)。

然后，为了咧嘴一笑，我使用 Howard Hinnant 的日期库实现了GenerateUTCTimestamp，看看它在计时测试中的表现如何。 它显然赢得了易用性测试(恕我直言)：

#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()));
}

它的时钟频率为2.5μs，比线程不安全的C API快50%，但比优化的代码慢得多。 通用工具的灵活性会降低性能。

日期库使用与优化工具相同的历法算法(使用广义era除外)，但格式为与原始代码一样的stringstream。 当然，它还必须解析格式化字符串。

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