softwares:nestdaq:cplusplus

NestDAQ C++ techniques

NestDAQ では開発者のコーディング量削減のため、Boost ライブラリといった便利な外部ライブラリ、さらに C++11 以上で採用された便利な機能が多く使われている。そのため、それなりに新しい C++ の書き方に慣れておく必要がある。個人的には、プログラミング初学者の可読性を考慮し、CERN ROOT v5 のインタープリター程度でつかえていた機能しか普段は使っていないので、なかなか覚えるのが大変。最近は new / delete を使わず、スマートポインタとかを使わないといけないらしい。(参考: servernote.net –【C++】new/deleteを撤廃しstd::shared_ptrを使う https://www.servernote.net/article.cgi?id=cpp-std-shared-ptr )

検証に使ったコード

https://github.com/nobukoba/std_chrono_coding_sandbox

型を調べる

std::chrono ライブラリなどのライブラリを使っていると、型がよくわからなくなっていくる。ウェブで調べるのも良いが、コード中では、調べ方がいくつかあるようだ。Clang++ だと、typeid(parameter).name() として、結果を c++filt -t コマンドに渡すと、プラグラムで使われている型がどんな型かわかる。以下、std::chrono の場合の確認用プログラム ( https://github.com/nobukoba/std_chrono_coding_sandbox/blob/f7f4b4db501db0b9b0aaab640c513e16c325d511/std_chrono_multi_platforms.cc ) を Ubuntu MATE 22.04.3 LTS で走らせた結果。

### Parameter definitions ###
std::chrono::system_clock::time_point  p_time_point;
std::chrono::system_clock::duration    p_duration;
std::chrono::system_clock::period      p_period;

### typeid().name() results ###
typeid(p_time_point).name(): NSt6chrono10time_pointINS_3_V212system_clockENS_8durationIlSt5ratioILl1ELl1000000000EEEEEE
typeid(p_duration  ).name(): NSt6chrono8durationIlSt5ratioILl1ELl1000000000EEEE
typeid(p_period    ).name(): St5ratioILl1ELl1000000000EE

### c++filt -t results ###
c++filt -t typeid(p_time_point).name(): 
std::chrono::time_point<std::chrono::_V2::system_clock, std::chrono::duration<long, std::ratio<1l, 1000000000l> > >
c++filt -t typeid(p_duration).name(): 
std::chrono::duration<long, std::ratio<1l, 1000000000l> >
c++filt -t typeid(p_period).name(): 
std::ratio<1l, 1000000000l>

### system_clock::period::num and den check ###
typeid(std::chrono::system_clock::period::num).name(): l
typeid(std::chrono::system_clock::period::den).name(): l
std::chrono::system_clock::period::num: 1
std::chrono::system_clock::period::den: 1000000000

std::chrono ライブラリ

時間、時刻関係の標準ライブラリ。C++11 から採用された模様。Boost からマージされたんだろうか？
Apple の環境だと、std::chrono::duration の period がマイクロ秒であるが、Linux では、ナノ秒になっている。これにより、nano秒単位にキャストしているコードにおいて、Linux でコンパイルが通っても、macOS で通らないことがある。
参考: Stack Overflow – Apple clang: Why can I not create a time_point from std::chrono::nanoseconds https://stackoverflow.com/questions/65397041/apple-clang-why-can-i-not-create-a-time-point-from-stdchrononanoseconds
参考: Stack Overflow – platform-specific std::chrono::high_resolution_clock::period::num https://stackoverflow.com/questions/47687645/platform-specific-stdchronohigh-resolution-clockperiodnum
参考: Stack Overflow – Different behaviour of system_clock on windows and linux https://stackoverflow.com/questions/55120594/different-behaviour-of-system-clock-on-windows-and-linux

std::chrono ライブラリクロックの違い

以下のようなコードを書く

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>

int main(int argc,char *argv[]){
  std::chrono::system_clock::time_point          system_clock_start = std::chrono::system_clock::now();
  std::chrono::steady_clock::time_point          steady_clock_start = std::chrono::steady_clock::now();
  std::chrono::high_resolution_clock::time_point h_reso_clock_start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  std::chrono::nanoseconds system_clock_start_epoch = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds> (system_clock_start.time_since_epoch());
  std::chrono::nanoseconds steady_clock_start_epoch = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds> (steady_clock_start.time_since_epoch());
  std::chrono::nanoseconds h_reso_clock_start_epoch = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds> (h_reso_clock_start.time_since_epoch());

  for (int i = 0; i < 100; i++) {
    std::chrono::system_clock::time_point          system_clock_now = std::chrono::system_clock::now();
    std::chrono::steady_clock::time_point          steady_clock_now = std::chrono::steady_clock::now();
    std::chrono::high_resolution_clock::time_point h_reso_clock_now = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::chrono::nanoseconds system_clock_now_epoch = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds> (system_clock_now.time_since_epoch());
    std::chrono::nanoseconds steady_clock_now_epoch = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds> (steady_clock_now.time_since_epoch());
    std::chrono::nanoseconds h_reso_clock_now_epoch = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds> (h_reso_clock_now.time_since_epoch());
    std::chrono::nanoseconds system_clock_duration  = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds> (system_clock_now - system_clock_start);
    std::chrono::nanoseconds steady_clock_duration  = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds> (steady_clock_now - steady_clock_start);
    std::chrono::nanoseconds h_reso_clock_duration  = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds> (h_reso_clock_now - h_reso_clock_start);
    

    std::time_t now = std::chrono::system_clock::to_time_t(system_clock_now);
    std::string s(30, '\0');
    std::strftime(&s[0], s.size(), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", std::localtime(&now));

    std::cout << "system_clock_now: " << s << std::endl;
    std::cout << "system_clock_now_epoch.count(): " << system_clock_now_epoch.count() << std::endl;
    std::cout << "steady_clock_now_epoch.count(): " << steady_clock_now_epoch.count() << std::endl;
    std::cout << "h_reso_clock_now_epoch.count(): " << h_reso_clock_now_epoch.count() << std::endl;
    std::cout << "system_clock_duration.count(): "  << system_clock_duration.count() << std::endl;
    std::cout << "steady_clock_duration.count(): "  << steady_clock_duration.count() << std::endl;
    std::cout << "h_reso_clock_duration.count(): "  << h_reso_clock_duration.count() << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
  }
  return 0;
}

macOS 12.3.1 でシステムの時計をずらせるように、network の時刻同期を切る。

$ sudo systemsetup -setusingnetworktime off
2024-02-02 15:09:51.126 systemsetup[23124:12338196] ### Error:-99 File:/AppleInternal/Library/BuildRoots/66382bca-8bca-11ec-aade-6613bcf0e2ee/Library/Caches/com.apple.xbs/Sources/Admin/InternetServices.m Line:379
setUsingNetworkTime: Off

macOS 12.3.1 上でコードを実行する。

$ ./std_chrono_comp_clocks 
system_clock_now: 2024-02-02 15:56:02
system_clock_now_epoch.count(): 1706856962044809000
steady_clock_now_epoch.count(): 3446501139918415
h_reso_clock_now_epoch.count(): 3446501139918476
system_clock_duration.count(): 3000
steady_clock_duration.count(): 2728
h_reso_clock_duration.count(): 2706

system_clock_now: 2024-02-02 15:56:03
system_clock_now_epoch.count(): 1706856963050483000
steady_clock_now_epoch.count(): 3446502145634015
h_reso_clock_now_epoch.count(): 3446502145634132
system_clock_duration.count(): 1005677000
steady_clock_duration.count(): 1005718328
h_reso_clock_duration.count(): 1005718362

system_clock_now: 2024-02-02 15:56:04
system_clock_now_epoch.count(): 1706856964055087000
steady_clock_now_epoch.count(): 3446503150279622
h_reso_clock_now_epoch.count(): 3446503150279705
system_clock_duration.count(): 2010281000
steady_clock_duration.count(): 2010363935
h_reso_clock_duration.count(): 2010363935

コードを実行中に、別の端末で、コードの実行開始時間より前の時間にシステムの時刻を変更する。

$ sudo systemsetup -settime 15:56:00
2024-02-02 15:56:00.000 systemsetup[24235:12388285] ### Error:-99 File:/AppleInternal/Library/BuildRoots/66382bca-8bca-11ec-aade-6613bcf0e2ee/Library/Caches/com.apple.xbs/Sources/Admin/InternetServices.m Line:379
Set Time: 15:56:00

その後、テストコードの出力を見ると、system_clock_duration.count()がマイナスの値になるが、steady_cklock と high_resolustion_clockは影響されない。

system_clock_now: 2024-02-02 15:56:01
system_clock_now_epoch.count(): 1706856961000765000
steady_clock_now_epoch.count(): 3446504154296655
h_reso_clock_now_epoch.count(): 3446504154296770
system_clock_duration.count(): -1044041000
steady_clock_duration.count(): 3014380968
h_reso_clock_duration.count(): 3014381000

system_clock_now: 2024-02-02 15:56:02
system_clock_now_epoch.count(): 1706856962003841000
steady_clock_now_epoch.count(): 3446505157415128
h_reso_clock_now_epoch.count(): 3446505157415217
system_clock_duration.count(): -40965000
steady_clock_duration.count(): 4017499441
h_reso_clock_duration.count(): 4017499447

system_clock_now: 2024-02-02 15:56:03
system_clock_now_epoch.count(): 1706856963007809000
steady_clock_now_epoch.count(): 3446506161423906
h_reso_clock_now_epoch.count(): 3446506161423991
system_clock_duration.count(): 963003000
steady_clock_duration.count(): 5021508219
h_reso_clock_duration.count(): 5021508221

これをみると、std::chrono::high_resolution_clock は std::chrono::steady_clock の別名のようだ。また、Ubuntu MATE 22.03.3 LTS で実行すると、以下のようになる。

$ ./std_chrono_comp_clocks 
system_clock_now: 2024-02-02 16:18:15
system_clock_now_epoch.count(): 1706858295484039608
steady_clock_now_epoch.count(): 1109260620490710
h_reso_clock_now_epoch.count(): 1706858295484039845
system_clock_duration.count(): 1217
steady_clock_duration.count(): 958
h_reso_clock_duration.count(): 945

system_clock_now: 2024-02-02 16:18:16
system_clock_now_epoch.count(): 1706858296484348873
steady_clock_now_epoch.count(): 1109261620800102
h_reso_clock_now_epoch.count(): 1706858296484349263
system_clock_duration.count(): 1000310482
steady_clock_duration.count(): 1000310350
h_reso_clock_duration.count(): 1000310363

system_clock_now: 2024-02-02 16:18:17
system_clock_now_epoch.count(): 1706858297484600085
steady_clock_now_epoch.count(): 1109262621051266
h_reso_clock_now_epoch.count(): 1706858297484600429
system_clock_duration.count(): 2000561694
steady_clock_duration.count(): 2000561514
h_reso_clock_duration.count(): 2000561529
...

これを見ると、std::chrono::high_resolution_clock は std::chrono::system_clock の別名のようだ。

Arrow operator (->) in the function declaration

nestdaq/plugins/TimeUtil.h と TimeUtil.cxx で以下の書き方を見た。
```
auto update_date(const std::chrono::system_clock::time_point &s,
                 const std::chrono::steady_clock::time_point &t)
-> const std::pair<std::chrono::nanoseconds, std::chrono::system_clock::time_point>;
```
この関数を宣言している部分の矢印 (→) は、関数の戻り値の型を定義しているようだ。
- 参考: https://stackoverflow.com/questions/22514855/arrow-operator-in-function-heading
- 参考: https://stackoverflow.com/questions/4113365/what-does-mean-in-c/4113390#4113390