C++11替代localtime_r的方法

Question

C++中使用strftime函数定义时间格式，需要一个“分解时间”记录struct tm。然而，C和C++03语言没有提供线程安全的方法来获取此类记录；整个程序只有一个主struct tm。

在C++03中，这种情况还算可以接受，因为该语言不支持多线程；它仅支持支持多线程的平台，这些平台提供了像POSIX localtime_r这样的工具。

C++11还定义了新的时间工具，与非分解的time_t类型进行交互，这正是用于重新初始化全局struct tm的类型。但是，获取time_t并不是问题所在。

我是否遗漏了某些东西，或者这个任务仍然需要依赖于POSIX？

编辑：以下是一些解决方法的代码。它保持与提供::localtime_r的多线程环境兼容，并且在只提供std::localtime的单线程环境下也可以使用。它也可以轻松地适应其他函数的检查，例如posix::localtime_r或::localtime_s等等。

namespace query {
    char localtime_r( ... );

    struct has_localtime_r
        { enum { value = sizeof localtime_r( std::declval< std::time_t * >(), std::declval< std::tm * >() )
                        == sizeof( std::tm * ) }; };


    template< bool available > struct safest_localtime {
        static std::tm *call( std::time_t const *t, std::tm *r )
            { return localtime_r( t, r ); }
    };

    template<> struct safest_localtime< false > {
        static std::tm *call( std::time_t const *t, std::tm *r )
            { return std::localtime( t ); }
    };
}
std::tm *localtime( std::time_t const *t, std::tm *r )
    { return query::safest_localtime< query::has_localtime_r::value >().call( t, r ); }

- Potatoswatter

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你能不能把localtime放在一个使用互斥锁或其他轻量级锁的函数中？我不认为这里需要使用POSIX。 - Nicol Bolas

@Nicol：是的，但只要没有其他人尝试做同样的事情，这才是安全的。换句话说，在程序中可以运行，在库中就不行。 - Potatoswatter

但是，如果他们从线程化代码中调用非线程安全函数，那么他们将会得到他们应得的结果。你可以为他们提供一个可用的函数，如果他们使用标准的C函数，则其行为未定义。 - Nicol Bolas

@Nicol：什么？我正在编写一个库，无法向其用户提供这样的限制。 - Potatoswatter

你不能告诉用户不要在多线程代码中调用非线程安全的函数吗？或者说，线程是一项你不想向用户公开的实现细节吗？ - Nicol Bolas

@Nicol：我的库不支持多线程，但我希望它能够与多线程代码兼容。你建议使用互斥锁保护并且仍然调用localtime的方法，这正是我建议告诉用户不要做的事情。我不能强制要求我的互斥锁成为localtime函数的唯一锁 - 库的功能与此无关。无论如何，任何涉及互斥锁的方案都会是错误的解决方案，因为我的代码不是多线程的，只是线程安全的。 - Potatoswatter

Answer 1

你没有错过什么。

下一个C标准（预计于今年发布）在附录K中确实有定义：

struct tm *localtime_s(const time_t * restrict timer,
                       struct tm * restrict result);

而且这个新函数是线程安全的！但别太高兴了，因为有两个主要问题：

1. localtime_s 是 C11 的一个可选扩展。

2. C++11 引用了 C99，而不是 C11。无论是可选的还是不可选的，都找不到local_time_s。

更新

自从我回答这个问题以来已经过去了4年，我也对这个领域中C ++工具的设计感到沮丧。我受到启发，创建了现代C++工具来处理这个问题：

http://howardhinnant.github.io/date/tz.html

#include "tz.h"
#include <iostream>

int
main()
{
    using namespace date;
    auto local_time = make_zoned(current_zone(), std::chrono::system_clock::now());
    std::cout << local_time << '\n';
}

这是我的输出结果：

2015年10月28日14:17:31.980135 EDT

local_time 是一个由 std::chrono::system_clock::time_point 和 time_zone 组成的对，表示本地时间。

有一些实用程序可将 std::chrono::system_clock::time_point 分解为人类可读的字段类型，例如年、月、日、小时、分钟、秒和亚秒。以下是重点介绍这些（非时区）部分的演示视频：

https://www.youtube.com/watch?v=tzyGjOm8AKo

所有这些当然都是线程安全的（这是现代C++）。

更新2

上述内容现在已成为 C++20 的一部分，具有略微不同的语法：

#include <chrono>
#include <iostream>

int
main()
{
    namespace chr = std::chrono;

    chr::zoned_time local_time{chr::current_zone(), chr::system_clock::now()};
    std::cout << local_time << '\n';
}

- Howard Hinnant

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他们改变了名字！感谢提供信息。无论如何，可以查询localtime_r是否可用，否则可以回退到localtime。看来我最终能实现我所期望的。 - Potatoswatter

Answer 2

以下答案指出了mktime()的一个关键细节（即在C99之前，它是处理struct tm的唯一线程安全函数）：

• https://stackoverflow.com/a/54248414/103167

这里有一个可移植的替代方案，可以替代localtime_r或localtime_s：

//  localtime_s(&startTm, &startTimeT);
tm startTm{};
startTm.tm_isdst = -1;
startTm.tm_year = 122;
auto refTimeT = mktime(&startTm);
startTm.tm_sec += startTimeT - refTimeT;
mktime(&startTm);

- Ben Voigt