std::chrono::duration 与不同代表之间转换的意外错误

如何解决std::chrono::duration 与不同代表之间转换的意外错误

我注意到了意外行为，并将其范围缩小到从一个持续时间到另一个持续时间的转换。

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <cmath>

using sec = std::chrono::seconds;
using fsec = std::chrono::duration<float>;
using dsec = std::chrono::duration<double>;

template<typename T>
auto count_intervals(T time_jump) -> uint32_t
{
  constexpr auto interval = sec(10);
  std::cout << "[debug] " << time_jump.count() << std::endl;
  std::cout << "[debug] " << interval.count() << std::endl;
  std::cout << "[debug] " << time_jump.count() / interval.count() << std::endl;
  printf("[debug] %.10f\n",time_jump.count());
  printf("[debug] %.10f\n",time_jump.count() / interval.count());
  const uint32_t k = std::ceil(time_jump.count() / interval.count());
  std::cout << "[debug] " << k << std::endl;
  return k;
}

int main()
{
  using clock_t = std::chrono::system_clock;
  using time_point_t = typename clock_t::time_point;
  using std::chrono::duration_cast;

  const auto start_point = time_point_t();
  const auto a = start_point + sec(25);
  const auto b = start_point + sec(55);

  std::cout << count_intervals<fsec>(b - a) << std::endl;
  std::cout << count_intervals<fsec>(duration_cast<fsec>(b - a)) << std::endl;
  const auto distance = duration_cast<std::chrono::duration<uint32_t>>(b - a);
  std::cout << count_intervals<fsec>(distance) << std::endl;
  std::cout << count_intervals<dsec>(b - a) << std::endl;
}

我不明白为什么 std::ceil 会四舍五入。当我使用 dsec 而不是 fsec 时，似乎一切都很好。问题是在 float 持续时间表示的情况下我的错误是什么。我以为我按预期使用 std::chrono::duration 但显然情况并非如此。我应该如何正确执行到 fsec 的转换？一般来说，我希望有一个几分之一秒的持续时间格式。

输出

[debug] 30
[debug] 10
[debug] 3
[debug] 30.0000019073
[debug] 3.0000002384
[debug] 4
4
[debug] 30
[debug] 10
[debug] 3
[debug] 30.0000019073
[debug] 3.0000002384
[debug] 4
4
[debug] 30
[debug] 10
[debug] 3
[debug] 30.0000000000
[debug] 3.0000000000
[debug] 3
3
[debug] 30
[debug] 10
[debug] 3
[debug] 30.0000000000
[debug] 3.0000000000
[debug] 3
3

解决方法

在您的平台上，system_clock::time_point 是 time_point<system_clock,nanoseconds> 的类型别名。事实证明，这个细节很重要。

运行此测试的 float 版本时，第一步是将 b - a 转换为 duration<float> 以调用 count_intervals。 b - a 的类型是 nanoseconds。 b - a 的值为 30'000'000'000ns。

存储整数 30'000'000'000 需要 25 位精度。 IEEE 浮点数具有 24 位精度。

将 30'000'000'000ns 转换为 duration<float> 的第一步是将数字 30'000'000'000 存储到 common_type 和 system_clock::rep 的 float 中，即 { {1}}。它只能大致做到这一点。它实际上存储了 float，这是“向最近舍入，甚至平局”策略下最好的可表示值。然后将该近似值除以 30'000'001'024（存储在 1'000'000'000 中），得到近似值 float。它得到的确切值是 30 或 0x1.e00002p+4

从现在开始，计算与精确略有偏差。

您可以通过将 30.000001... 设置为 cout 模式，这将准确地输出浮点数来亲眼看到这一点：

hexfloat

和/或，将精度设置为 15（左右）：

std::cout << std::hexfloat;

计算与 std::cout.precision(15); 的预期一致，因为 duration<double> 有 53 位精度，因此可以准确地存储 double。