C++. Сборник рецептов

5.0. Введение

Даты и время являются удивительно обширным и сложным вопросом. Как отражение этого факта, стандартная библиотека C++ не предоставляет подходящего типа данных для дат. C++ наследует структуры и функции для работы с датами и временем, а также пару функций ввода и вывода дат/времени с учетом локализации, от С. Однако решение можно найти в библиотеке date_time Library из состава Boost, написанной Джеффом Гарландом (Jeff Garland), которая является, по всей видимости, наиболее полной и всеобъемлющей из имеющихся библиотек для работы с датами и временем в С++. В некоторых рецептах я буду использовать именно ее. Сообщество C++ ожидает, что будущие расширения стандартной библиотеки в части работы с датами/временем будут основаны на библиотеке Boost date_time.

Библиотека Boost date_time включает две отдельные системы для работы с датами и временем: одна для работы со временем, и вторая для работы с датами, относящимися к григорианскому календарю. Рецепты описывают обе эти системы.

За дополнительной информацией о датах и времени, в частности об их чтении и записи, обратитесь к главе 13.

5.1. Получение текущей даты и времени

Требуется получить от пользователя компьютера текущую дату и время — либо в формате локального времени, либо в формате универсального глобального времени (Coordinated Universal Time (UTC).

Вызовите функцию

time

time_t

time_t

tm

gmtime

time_t

tm

localtime

Пример 5.1. Получение локального времени и времени UTC

#include 

#include 

#include 

using namespace std;

int main() {

 // Текущие дата/время используемой системы

 time_t now = time(0);

 // Преобразуем в структуру tm для локальной временной зоны

 tm* localtm = localtime(&now);

 cout << "Локальные дата и время. " << asctime(localtm) << endl;

 // Преобразуем в структуру tm для UTC

 tm* gmtm = gmtime(&now);

 if (gmtm ! = NULL) {

  cout << "Дата и время UTC: " << asctime(gmtm) << endl;

 } else {

 cerr << "Невозможно получить дату и время UTC" << endl;

  return EXIT_FAILURE;

 }

}

Функция

time

time_t

time_t

Вызов

time(0)

time_t

time_t

Наиболее удобное представление текущих даты и времени можно получить, преобразовав их с помощью функций

localtime

gmtime

tm

tm

Пример 5.2. Содержимое структуры tm

struct tm {

 int tm_sec;  // секунды в минуте от 0 до 61 (60 и 61 для секунд координации)

 int tm_min;  // минуты в часе от 0 до 59

 int tm_hour; // часы в сутках от 0 до 23

 int tm_mday; // день месяца от 0 до 31

 int tm_mon;  // месяц года от 0 до 11

 int tm_year;  // год после 1900

 int tm_wday;  // дней после воскресенья

 int tm_yday;  // дней после 1-го января

 int tm_isdst; // часы летнего времени

};

При использовании функции

gmtime

gmtime

asctime

Функции

localtime

gmtime

asctime

Пример 5.3. Подводные камни использования asctime

void f() {

 char* x = asctime(localtime(time(0)));

 wait_for_15_seconds(); // выполняет длительную задачу обработки

 asctime(localtime(time(0)));

 cout << x << endl; // печатает текущее время, а не то что 15 секунд назад.

}

5.2. Форматирование даты/времени в виде строки

Требуется преобразовать дату и/или время в строковый формат

Используйте шаблон класса

time_put

Пример 5.4. Форматирование строки даты/времени

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

using namespace std;

ostream& formatDateTime(ostream& out, const tm& t, const char* fmt) {

 const time_put& dateWriter = use_facet >(out.getloc());

 int n = strlen(fmt);

 if (dateWriter.put(out, out, ' ', &t, fmt, fmt + n).failed()) {

  throw runtime_error("невозможно отформатировать дату и время");

 }

 return out;

}

string dateTimeToString(const tm& t, const char* format) {

 stringstream s;

 formatDateTime(s, t.format);

 return s.str();

}

tm now() {

 time_t now = time(0);

 return *localtime(&now);

}

int main() {

 try {

  string s = dateTimeToString(now(), "%A %B, %d %Y %I:%M%p");

  cout << s << endl;

  s = dateTimeToString(now(), "%Y-%m-%d %H:%M:%S);

  cout << s << endl;

 } catch(...) {

  cerr << "невозможно отформатировать дату и время" << endl;

  return EXIT FAILURE.

 }

 return EXIT_SUCCESS;

}

Вывод программы из примера 5.4 будет содержать нечто подобное следующему, в зависимости от локальных настроек.

Sunday July, 24 2005 05:48PM 2005-07-24 17:48:11

Метод

put

time_put

printf

%

%

%4B

Tабл. 5.1. Спецификаторы формата даты/времени

a

A

b

B

c

d

H

I

j

m

M

p

S

U

w

W

x

X

y

Y

Z

Библиотека Boost date_time, обсуждаемая в дальнейших рецептах, не содержит возможностей форматирования, предлагаемых

time_put

tm

time_put

Пример 5.5. Преобразование из классов даты/времени Boost в структуру tm

using boost::gregorian;

using boost::posix_time;

void dateToTmAux(const date& src, tm& dest) {

 dest.tm_mday = src.day();

 dest tm_year = src.year() - 1900;

 dest.tm_mon = src.month() - 1;

}

void ptimeToTmAux(const ptime& src, tm& dest) {

 dest.tm_sec = src.seconds();

 dest.tm_min = st.minutes();

 dest.tm_hour = src.hours();

 dateToTmAux(src.date(), dest);

}

tm ptimeToTm(const ptime& t) {

 tm ret = tm();

 ptimeToTmAux(t.ret);

 return ret;

}

Рецепт 13.3.

5.3. Выполнение вычислений с датами и временем

Требуется узнать количество времени, прошедшего между двумя точками даты/времени.

Если обе временные точки находятся между 1970 и 2038 годами, то используйте тип

time_t

difftime

Пример 5.6. Вычисление даты и времени в формате time_t

#include 

#include 

#include 

using namespace std;

time_t dateToTimeT(int month, int day, int year) {

 // 5 января 2000 года передается как (1, 5, 2000)

 tm tmp = tm();

 tmp.tm_mday = day;

 tmp.tm_mon = month - 1;

 tmp.tm_year = year - 1900;

 return mktime(&tmp);

}

time_t badTime() {

 return time_t(-1);

}

time_t now() {

 return time(0);

}

int main() {

 time_t date1 = dateToTimeT(1,1,2000);

 time_t date2 = dateToTimeT(1,1,2001);

 if ((date1 == badTime()) || (date2 == badTime())) {

  cerr << "невозможно создать структуру time_t" << endl;

  return EXIT_FAILURE;

 }

 double sec = difftime(date2, date1);

 long days = static_cast(sec / (60 * 60 — 24));

 cout << число дней между 1 января 2000 г. и 1 января 2001 г. составляет ";

 cout << days << endl;

 return EXIT_SUCCESS;

}

Программа из примера 5.6 должна вывести:

число дней между 1 января 2000 г. и 1 января 2001 г. составляет 366

Обратите внимание, что 2000 год високосный, так как, несмотря на то что он делится на 100, он также делится и на 400 и, следовательно, состоит из 366 дней.

Тип

time_t

time_t

difftime

time_t

difftime

double

Если ограничения

time_t

date_time

Пример 5.7. Вычисление даты и времени с помощью date_duration

#include 

#include 

using namespace std;

using namespace boost::gregorian;

int main() {

 date_duration dd = date(2000, 1, 1) - date(1900, 1, 1);

 cout << "Двадцатый век содержал " << dd.days() << " дней" << endl;

 dd = date(2100, 1, 1) - date(2000, 1, 1);

 cout << "Двадцать первый век будет содержать " <<

 dd.days() << " дней" << endl;

}

Программа из примера 5.7 должна вывести:

Двадцатый век содержал 36 524 дней

Двадцать первый век будет содержать 36 525 дней

5.4. Преобразование между часовыми поясами

Требуется преобразовать текущее время из одного часового пояса в другой.

Чтобы выполнить преобразование между часовыми поясами, используйте процедуры преобразования часовых поясов из библиотеки Boost date_time. Пример 5.8 показывает, как, зная время в Нью-Йорке, определить время в Туксоне, Аризона.

Пример 5.8. Преобразование между часовыми поясами

#include 

#include 

#include 

#include 

using namespace std;

using namespace boost::gregorian;

using namespace boost::date_time;

using namespace boost::posix_time;

typedef local_adjustor EasternTZ;

typedef local_adjustor ArizonaTZ;

ptime NYtoAZ(prime nytime) {

 ptime utctime = EasternTZ::local_to_utc(nytime);

 return ArizonaTZ::utc_to_local(utctime);

}

int main() {

 // May 1st 2004.

 boost::gregorian::date thedate(2004, 6, 1);

 ptime nytime(thedate, hours(19)); // 7 pm

 ptime aztime = NYtoAZ(nytime);

 cout << "1 мая 2004 г. когда было " << nytime.time_of_day().hours();

 cout << ":00 часов в Нью-Йорке, было " << aztime.time_of_day().hours();

 cout << ":00 часов в Аризоне" << endl;

}

Программа из примера 5.8 выводит следующее.

1 мая 2004 г., когда было 19:00 часов в Нью-Йорке, было 16:00 часов в Аризоне

Преобразование часовых поясов в примере 5.8 выполняется в два шага. Вначале время преобразуется в UTC, а затем время в UTC преобразуется во второй часовой пояс. Заметьте, что часовые пояса в библиотеке Boost

date_time

local_adjustor

local_tc_utс

utc_to_local

5.5. Определение номера дня в году

Требуется определить номер дня в году. Например, 1 января — это первый день в году, 5 февраля это 36-й день в году, и так далее. Но так как некоторые годы — високосные, то после 28 февраля указанный день может иметь не такой же номер, как и в другие годы.

Решение этой проблемы требует одновременного решения сразу нескольких проблем. Во-первых, требуется знать, сколько дней в каждом месяце, что в свою очередь требует определить, является ли год високосным. Пример 5.9 содержит процедуры, выполняющие эти вычисления.

Пример 5.9. Процедуры, определяющие номер дня в году

#include 

using namespace std;

enum MonthEnum {

 jan = 0, feb = 1, mar = 2, apr = 3, may = 4, jun = 5,

 jul = 6, aug = 7, sep = 8, oct = 9, nov = 10, dec = 11

};

bool isLeapYear(int y) {

 return (y % 4 == 0) && ((y % 100 != 0) || (y % 400 == 0));

}

const int arrayDaysInMonth[] = {

 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31

};

int n;

int arrayFirstOfMonth[] = {

 n = 0,

 n += arrayDaysInMonth[jan],

 n += arrayDaysInMonth[feb],

 n += arrayDaysInMonth[mar],

 n += arrayDaysInMonth[apr],

 n += arrayDaysInMonth[may],

 n += arrayDaysInMonth[jun],

 n += arrayDaysInMonth[jul],

 n += arrayDaysInMonth[aug],

 n += arrayDaysInMonth[sep],

 n += arrayDaysInMonth[::oct],

 n += arrayDaysInMonth[nov]

};

int daysInMonth(MonthEnum month, int year) {

 if (month == feb) {

  return isLeapYear(year) ? 29 : 28;

 } else {

  return arrayDaysInMonth[month];

 }

}

int firstOfMonth(MonthEnum month, int year) {

 return arrayFirstOfMonth[month] + isLeapYear(year);

}

int dayOfYear(MonthEnum month, int monthDay, int year) {

 return firstOfMonth(month, year) + monthDay - 1;

}

int main() {

 cout << "1 июля 1971 г. был " << dayOfYear(jul, 1, 1971);

 cout << днем года" << endl;

}

Программа из примера 5.9 выводит следующее.

1 июля 1971 г. был 181 днем года

Код примера 5.9 довольно прост, но содержит набор полезных функций для работы с датами в високосных годах. Обратите внимание, что я отбросил подход, который я называю «задокументируй и молись», использованный в предыдущих рецептах. Под этим я подразумеваю, что месяцы больше не представляются индексами, вместо которых используются перечисления. Это значительно снижает вероятность программистской ошибки при передаче месяца в функцию в качестве ее аргумента.

Вычисление високосного года, показанное в примере 5.9, выполняется в соответствии с современным григорианским календарем. Каждый четвертый год — високосный, за исключением каждого сотого, если он не делится на 400 (т.е. 1896 год был високосным, 1900 не был, 2000 был, 2004 был, 2100 год не будет).

5.6. Определение ограниченных типов значений

Требуются самопроверяющиеся типы числовых данных, представляющие числа в ограниченном диапазоне допустимых значений, гаком как часы в сутках или минуты в часе.

При работе с датами и временем часто возникает необходимость ограничить целые значения диапазоном допустимых значений (т.е для секунд в минуте — от 0 до 59, для часов в сутках от 0 до 23, для дней в году — от 0 до 365). Вместо того чтобы каждый раз проверять эти значения при их передаче в функцию, предпочтительной является их автоматическая проверка с помощью перегруженного оператора присвоения. Так как имеется очень большое количество таких типов, следует реализовать один тип, который сможет работать с подобной проверкой для различных числовых диапазонов. Пример 5.10 представляет реализацию шаблона класса

ConstrаinedValue

Пример 5.10. constrained_value.hpp

#ifndef CONSTRAINED_VALUE_HPP

#define CONSTRAINED_VALUE_HPP

#include 

#include 

using namespace std;

template

struct ConstrainedValue {

public:

 // открытые typedef

 typedef typename Policy_T policy_type;

 typedef typename Policy_T::value_type value_type;

 typedef ConstrainedValue self;

 // конструктор по умолчанию

 ConstrainedValue() : m(Policy_T::default_value) {} 

 ConstrainedValue(const self& x) : m(x.m) {}

 ConstrainedValue(const value_type& x) { Policy_T::assign(m, x); }

 operator value_type() const { return m; }

 // использует функцию присвоения, определенную политикой

 void assign(const value_type& x) {

  Policy_T::assign(m, x);

 }

 // операции присвоения

 self& operator=(const value_type& x) { assign(x); return *this; }

 self& operator+=(const value_type& x) { assign(m + x) return *this; }

 self& operator-=(const value_type& x) { assign(m - x) return *this; }

 self& operator*=(const value_type& x) { assign(m * x); return *this; }

 self& operator/=(const value_type& x) { assign(m / x); return *this; }

 self& operator%=(const value_type& x) { assign(m % x); return *this; }

 self& operator>>=(int x) { assign(m >> x); return *this; }

 self& operator<<=(int x) { assign(m << x); return *this; }

 // унарные операторы

 self operator-() { return self(-m); }

 self operator+() { return self(-m); }

 self operator!() { return self(!m); }

 self operator~() { return self(~m); }

 // бинарные операторы

 friend self operator+(self x, const value_type& y) { return x += y; }

 friend self operator-(self x, const value_type& y) { return x -= y; }

 friend self operator*(self x, const value_type& y) { return x *= y; }

 friend self operator/{self x, const value_type& y) { return x /= y; }

 friend self operator%(self x, const value_type& y) { return x %= y; }

 friend self operator+(const value_type& y, self x) { return x += y; }

 friend self operator-(const value_type& y, self x) { return x -= y; }

 friend self operator*(const value_type& y, self x) { return x *= y; }

 friend self operator/(const value_type& y, self x) { return x /= y; }

 friend self operator%(const value_type& y, self x) { return x %= y; }

 friend self operator>>(self x, int y) { return x >>= y; }

 friend self operator<<(self x, int y) { return x <<= y; }

 // потоковые операторы

 friend ostream& operator<<(ostream& o, self x) { о << x.m; return o; }

 friend istream& operator>>(istream& i, self x) {

 value_type tmp; i >> tmp; x.assign(tmp); return i;

 }

 // операторы сравнения

 friend bool operator<(const self& x, const self& y) { return x.m < y.m; }

 friend bool operator>(const self& x, const self& y) { return x.m > y.m; }

 friend bool operator<=(const self& x, const self& y) { return x.m <= y.m; }

 friend bool operator>=(const self& x, const self& y) { return x.m >= y.m; }

 friend bool operator==(const self& x, const self& y) { return x.m == y.m; }

 friend bool operator!=(const self& x, const self& y) { return x.m != y.m; }

private:

 value_type m;

};

template

struct RangedIntPolicy {

 typedef int value_type;

 const static value_type default_value = Min_N;

 static void assign(value_type& lvalue, const value_type& rvalue) {

  if ((rvalue < Min_N) || (rvalue > Max_N) {

  throw range_error("out of valid range");

  }

  lvalue = rvalue;

 }

};

#endif

Программа в примере 5.11 показывает, как использовать тип

ConstrainedValue

Пример 5.11. Использование constrained_value.hpp

#include "constrained_value.hpp"

typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy<1582, 4000> > GregYear;

typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy<1, 12> > GregMonth;

typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy<1, 31> > GregDayOfMonth;

using namespace std;

void gregOutputDate(GregDayOfMonth d, GregMonth m, GregYear y) {

 cout << m << "/" << d << "/" << y << endl;

}

int main() {

 try {

  gregOutputDate(14, 7, 2005);

 } catch(...) {

  cerr << "Оп, не должны сюда попасть << endl;

 }

 try {

  gregOutputDate(1, 5, 1148);

  cerr << "Оп, не должны сюда попасть" << endl;

 } catch(...) {

  cerr << "Уверены, что надо использовать григорианский календарь?" << endl;

 }

}

Вывод программы из примера 5.11 имеет вид:

7/14/2005

Уверены, что надо использовать григорианский календарь?

Ограниченные типы значений обычно используются при работе с датами и временем, так как многие значения, связанные с датами/временем, — это целые числа, которые должны находиться в определенных диапазонах (например, месяц должен быть в интервале [0,11], а день месяца должен быть в интервале [0,30]). Проверять вручную параметр каждой функции на допустимый диапазон очень долго и чревато ошибками. Просто представьте, что требуется внести глобальное изменение в то, как программа, содержащая миллион строк кода, обрабатывает ошибки диапазона дат!

Шаблон класса

ConstrainedValue

RangedIntPolicy

ConstrainedValue

Пример 5.12. Использование ConstrainedValue

typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 59> > Seconds;

typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 59> > Minutes;

typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 23> > Hours;

typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 30> > MonthDays;

typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 6> > WeekDays;

typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 365> > YearDays;

typedef ConstrainedValue< RangedIntPolicy <0, 51> > Weeks.

Шаблон класса

ConstrainedValue

ConstrainedValue

Использование политик может повысить гибкость классов, перенеся часть решений относительно типа на его пользователя. Политики обычно используются тогда, когда группа типов имеет общий интерфейс, но различается по реализациям. Также политики частично полезны при невозможности предугадать и удовлетворить все возможные сценарии использования данного типа.

Имеется множество других политик, которые можно использовать с типом

ConstrainedValue