C++の基礎 - 時刻

本日の経過時刻の取得

std::chrono (C++11)

本日の0時0分0秒000からの経過時刻 (mS) を求めるには、std::chrono (C++11以降) を使用する。
なお、C++17以降およびLinux環境では別の手段も存在する。

現在時刻に関する情報は、std::chronoのnowメソッドで取得できる。
なお、この時刻はUTC (協定世界時) であり日本時間とは異なることに注意する。

 #include <chrono>
 
 std::chrono::system_clock::time_point tp = std::chrono::system_clock::now();

まず、time_since_epocメソッドを使用して、エポックタイムからの経過時刻を取得した後、countメソッドでミリ秒を取得する。
取得した値から現在時刻のミリ秒の部分を得る。

エポックタイムは、未規定ではあるが概ね1970年1月1日から始まる。
ただし、経過時刻 (mS) は1兆を超える値になるため、32ビットのint型では格納できないことに注意する。

 // エポックタイムからの経過時刻
 std::chrono::milliseconds tp_msec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(tp.time_since_epoch());
 
 // 経過時刻をミリ秒 (整数値) に変換する
 long long all_msec = tp_msec.count();
 
 // １秒未満の値を取り出す
 int msec = all_msec % 1000;

時間、分、秒を取得するため、time_t型に変換する。
さらに、現地時間 (日本時間) に変換する。

 time_t time = std::chrono::system_clock::to_time_t(tp);
 struct tm* t = localtime(&time);

この時、本日の経過時刻 (mS) は計算できるが、std::chrono::system_clock::time_point型は減算ができるため、本日の0時0分0秒000のタイムスタンプを求める。

 // 本日0時0分0秒000のtime_pointを求める
 std::chrono::system_clock::time_point day_tp = tp;
 
 // 0時にする
 day_tp -= std::chrono::hours(t->tm_hour);
 
 // 0分にする
 day_tp -= std::chrono::minutes(t->tm_min);
 
 // 0秒にする
 day_tp -= std::chrono::seconds(t->tm_sec);
 
 // コンマ0秒にする
 day_tp -= std::chrono::milliseconds(msec);

time_point型同士で減算した後、本日の経過時刻 (mS) を求める。

 std::chrono::milliseconds tp_msec_today = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(tp - day_tp);
 int msec_today = tp_msec_today.count();

以下の例では、UTC時間、日本時間、フランス時間の3つのタイムゾーンで現在時刻と本日の経過時間を表示している。

以下の例は夏時間を考慮していないため、実務では、タイムゾーンライブラリ (例: Howard Hinnant's dateライブラリ等) の使用を検討すること。
(フランスの時差は、一般的に、UTC+1 であるが、夏時間中は UTC+2 となる)

 #include <iostream>
 #include <chrono>
 #include <ctime>
 #include <iomanip>
 
 // タイムゾーンごとの時差 (秒)
 const int JAPAN_OFFSET  = 9 * 3600;  // 日本時間
 const int FRANCE_OFFSET = 1 * 3600;  // フランス時間 (ただし、夏時間を考慮していないことに注意する)
 
 // 指定されたタイムポイントを文字列形式に変換する
 // オフセットを適用してタイムゾーンを調整する
 std::string format_time(const std::chrono::system_clock::time_point &tp, int offset = 0)
 {
    auto time = std::chrono::system_clock::to_time_t(tp) + offset;
    auto msec = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(tp.time_since_epoch()).count() % 1000;
    std::tm* t = std::gmtime(&time);
 
    std::ostringstream oss;
    oss << std::put_time(t, "%Y-%m-%d %H:%M:%S") << '.' << std::setfill('0') << std::setw(3) << msec;
    return oss.str();
 }
 
 // 指定されたタイムポイントの日の開始時刻 (00:00:00.000) を計算する
 // タイムゾーンのオフセットも考慮する
 std::chrono::system_clock::time_point get_day_start(const std::chrono::system_clock::time_point &tp, int offset = 0)
 {
    auto time = std::chrono::system_clock::to_time_t(tp) + offset;
    std::tm* t = std::gmtime(&time);
    return tp - std::chrono::hours(t->tm_hour) - std::chrono::minutes(t->tm_min) - std::chrono::seconds(t->tm_sec) 
              - std::chrono::milliseconds(std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(tp.time_since_epoch()).count() % 1000)
              - std::chrono::seconds(offset);
 }
 
 // 指定されたタイムゾーンの現在時刻と経過時間を表示する
 void print_time_info(const std::string &zone_name, const std::chrono::system_clock::time_point &tp, int offset = 0)
 {
    auto day_start = get_day_start(tp, offset);
    auto msec_today = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(tp - day_start).count();
 
    std::cout << zone_name << ":" << std::endl;
    std::cout << "  現在時刻: " << format_time(tp, offset) << std::endl;
    std::cout << "  経過時間: " << msec_today << " ms" << std::endl;
    std::cout << std::endl;
 }
 
 int main()
 {
    auto now = std::chrono::system_clock::now();
 
    print_time_info("UTC", now);
    print_time_info("日本時間", now, JAPAN_OFFSET);
    print_time_info("フランス時間", now, FRANCE_OFFSET);  // フランス時間で
 
    return 0;
 }

# 出力例

UTC:
  現在時刻: 2024-09-05 05:30:45.123
  経過時間: 19845123 ms

日本時間:
  現在時刻: 2024-09-05 14:30:45.123
  経過時間: 52245123 ms

フランス時間:
  現在時刻: 2024-09-05 06:30:45.123
  経過時間: 23445123 ms

※注意
より正確な時間を取得する場合は、タイムゾーンライブラリ (例: Howard Hinnant's dateライブラリ等) の使用を推奨する。

std::chrono (C++17)

C++17以降では、<chrono>ライブラリに大幅な拡張が加えられており、タイムゾーンやカレンダーの扱いが簡単になった。
特に、std::chrono::zoned_timeクラスの導入により、タイムゾーンを考慮した時間の扱いが可能になった。

以下の例では、C++17の新機能を使用して、UTC時間、日本時間、フランス時間の3つのタイムゾーンで現在時刻と本日の経過時間を表示している。

処理の流れを以下に示す。

1. zoned_timeクラスを使用して、特定のタイムゾーンでの時間を表現する。
2. floor<days>を使用して、その日の開始時刻 (午前0時) を計算する。
3. duration_castを使用して、経過時間をミリ秒単位で計算する。
4. タイムゾーンは文字列で指定する。 ("UTC", "Asia/Tokyo", "Europe/Paris")
   これにより、夏時間なども自動的に考慮される。
5. タイムゾーンが見つからない場合等はエラーとする。

 #include <iostream>
 #include <chrono>
 #include <iomanip>
 
 using namespace std::chrono;
 
 template<typename Clock, typename Duration>
 void print_time_info(const std::string &zone_name, const zoned_time<Duration> &zt)
 {
    auto now = zt.get_local_time();
    auto today = floor<days>(now);
    auto time_since_midnight = now - today;
 
    std::cout << zone_name << ":\n";
    std::cout << "  現在時刻: " << now << "\n";
    std::cout << "  経過時間: " << duration_cast<milliseconds>(time_since_midnight).count() << " ms\n\n";
 }
 
 int main()
 {
    try {
       // 現在のUTC時間を取得
       auto now = system_clock::now();
 
       // 各タイムゾーンでの時間を計算
       auto utc = zoned_time<milliseconds>("UTC", now);
       auto tokyo = zoned_time<milliseconds>("Asia/Tokyo", now);
       auto paris = zoned_time<milliseconds>("Europe/Paris", now);
 
       // 各タイムゾーンの情報を表示
       print_time_info("UTC", utc);
       print_time_info("日本時間", tokyo);
       print_time_info("フランス時間", paris);
    }
    catch (const std::exception &e) {
       std::cerr << "エラー: " << e.what() << std::endl;
       return -1;
    }
 
    return 0;
 }

# 出力例

UTC:
  現在時刻: 2024-09-05 05:30:45.123456
  経過時間: 19845123 ms

日本時間:
  現在時刻: 2024-09-05 14:30:45.123456
  経過時間: 52245123 ms

フランス時間:
  現在時刻: 2024-09-05 07:30:45.123456
  経過時間: 27045123 ms

std::chrono (C++20)

C++20では、std::chrono::monthやstd::chrono::yearが追加されたため、月初めからや年頭からの経過時刻 (mS) を取得することができる。
また、C++20では、現地時刻用のtime_point型、今日の時間情報を取得するtime_of_dayクラスも追加されるため、time_t型に変換せずに簡単に取得できる。

C++20での主な改善点を以下に示す。

• カレンダーと時間帯のサポートの強化された。
• 日付の操作がより直感的になった。
• 時間帯データベースへのアクセスが改善された。
• 書式化機能が強化されて、日付と時間の出力がより柔軟になった。

C++20の時間関連機能において、複雑な日付と時間の操作を含むアプリケーションの開発が大幅に簡素化された。

 #include <iostream>
 #include <chrono>
 #include <format>
 
 using namespace std::chrono;
 
 template<typename Clock, typename Duration>
 void print_time_info(const std::string &zone_name, const zoned_time<Duration> &zt)
 {
    auto now = zt.get_local_time();
    auto today = floor<days>(now);
    auto time_since_midnight = now - today;
 
    auto ymd = year_month_day{today};
    auto time = hh_mm_ss{floor<milliseconds>(time_since_midnight)};
 
    std::cout << std::format("{}: \n", zone_name);
    std::cout << std::format("  現在時刻: {:%Y-%m-%d %H:%M:%S}.{:03d}\n", now, time.subseconds().count());
    std::cout << std::format("  経過時間: {} ms\n\n", duration_cast<milliseconds>(time_since_midnight).count());
 }
 
 int main()
 {
    try {
       // 現在のシステム時間を取得
       auto now = system_clock::now();
 
       // タイムゾーンオブジェクトを取得
       const auto utc = locate_zone("UTC");
       const auto tokyo = locate_zone("Asia/Tokyo");
       const auto paris = locate_zone("Europe/Paris");
 
       // 各タイムゾーンでの時間を計算
       auto utc_time = zoned_time{utc, now};
       auto tokyo_time = zoned_time{tokyo, now};
       auto paris_time = zoned_time{paris, now};
 
       // 各タイムゾーンの情報を表示
       print_time_info("UTC", utc_time);
       print_time_info("日本時間", tokyo_time);
       print_time_info("フランス時間", paris_time);
  
       // 日付操作の例
       auto today = floor<days>(utc_time.get_local_time());
       auto this_year = year_month_day{today}.year();
       auto new_years_day = sys_days{this_year/January/1};
       auto days_since_new_year = floor<days>(utc_time.get_sys_time() - new_years_day);
 
       std::cout << std::format("今年の元旦から今日までの日数: {} 日\n", days_since_new_year.count());
    }
    catch (const std::exception &e) {
       std::cerr << "エラー: " << e.what() << std::endl;
       return -1;
    }
 
    return 0;
 }

# 出力例

UTC: 
  現在時刻: 2024-09-05 05:30:45.123
  経過時間: 19845123 ms

日本時間: 
  現在時刻: 2024-09-05 14:30:45.123
  経過時間: 52245123 ms

フランス時間: 
  現在時刻: 2024-09-05 07:30:45.123
  経過時間: 27045123 ms

今年の元旦から今日までの日数: 249 日

※注意
一部の機能 (特にタイムゾーン関連) は、使用する実装によっては、まだ完全にはサポートされていない可能性がある。