C++：将儒略日期转换为公历日期

Question

我需要编写一个函数，将儒略日期（年、年、日、分）转换为标准形式（年、月、日、日、分）并将其表示为字符串。我想一定有人已经编写了一个库或组件，可以完成从一年中的某一天到月份和每月的某一天的转换。我查看了几个著名的日期时间库：

• ctime -具体来说，使用 tm 结构和 mktime(tm *timeptr) ，因为这通常会将 tm 结构的值设置到适当的位置，除了“timeptr 的成员 tm_wday 和 tm_yday 的原始值被忽略。 ..”这没有帮助。
• Boost::DateTime - 构造公历date(greg_year, greg_month, greg_day) 这没有帮助。但是，它们确实有一个 date_from_tm(tm datetm) ，但“字段： tm_wday 、 tm_yday 、 tm_hour 、 tm_min 、 tm_sec 和 tm_isdst 被忽略。”再次，没有帮助。
• COleDateTime - 此项目包含 COM那么为什么不呢？ COleDateTime 构造函数 COleDateTime( int nYear, int nMonth, int nDay, int nHour, int nMin, int nSec ) 没有帮助。而且我没有看到任何其他转换函数可以与之配合。

正如您所看到的，这些都需要月份和月份的日期，这正是我首先要避免的。我一定是错过了一些东西，或者没有找到正确的地方（尽我所能，并不完美。）

任何人都可以帮忙吗？我宁愿避免自己编写，因为几乎总会有一些我错过的问题。

Answer 1

我偶然发现了这个老问题，并认为我可以添加一些新信息。我由 Thomas Pornin 撰写的现有答案是一个很好的答案，我已经投票了。然而，我将其视为改善它的挑战。如果我们能以两倍的速度得出相同的答案怎么办？也许更快？

为了测试这项工作，我将 Thomas 的答案包装在一个函数中：

#include <tuple>

std::tuple<int, int, int>
ymd_from_ydoy1(int year, int day_of_year)
{
    static const int month_len[] = { 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };

    int leap = (year % 4 == 0) && (year % 100 != 0 || year % 400 == 0);
    int day_of_month = day_of_year;
    int month;
    for (month = 0; month < 12; month ++) {
        int mlen = month_len[month];
        if (leap && month == 1)
            mlen ++;
        if (day_of_month <= mlen)
            break;
        day_of_month -= mlen;
    }
    return {year, month, day_of_month};
}

我改进它的尝试基于：

与 chrono 兼容的低级日期算法

上面的文章没有直接解决这种情况。然而，它确实详细描述了涉及日期操作的算法，甚至包括“一年中的某一天”概念，尽管该概念与此问题中指定的概念不同：

在这个问题中，“一年中的某一天”是 1基于 1 月 1 日的计数为一年的开始（1 月 1 == 第 1 天）。 chrono 兼容的低级日期算法 在算法中具有类似的“一年中的某一天”概念civil_from_days 但现在已经是 3 月 1 日过去的日子了（3 月 1 日 ==第 0 天）。

我的想法是，我可以从 civil_from_days 中挑选一些零碎的东西创建一个新的 ymd_from_ydoy，它不需要迭代 12 个月即可找到所需的结果。这就是我的想法：

std::tuple<int, int, int>
ymd_from_ydoy2(int year, int day_of_year)
{
    int leap = (year % 4 == 0) && (year % 100 != 0 || year % 400 == 0);
    if (day_of_year < 60 + leap)
        return {year, day_of_year/32, day_of_year - (day_of_year/32)*31};
    day_of_year -= 60 + leap;
    int mp = (5*day_of_year + 2)/153;
    int day_of_month = day_of_year - (153*mp+2)/5 + 1;
    return {year, mp + 2, day_of_month};
}

仍然有分支机构，但数量较少。为了测试此替代方案的正确性和性能，我编写了以下内容：

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <cassert>

template <class Int>
constexpr
bool
is_leap(Int y) noexcept
{
    return  y % 4 == 0 && (y % 100 != 0 || y % 400 == 0);
}

constexpr
unsigned
last_day_of_month_common_year(unsigned m) noexcept
{
    constexpr unsigned char a[] = {31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
    return a[m-1];
}

template <class Int>
constexpr
unsigned
last_day_of_month(Int y, unsigned m) noexcept
{
    return m != 2 || !is_leap(y) ? last_day_of_month_common_year(m) : 29u;
}
int
main()
{
    using namespace std;
    using namespace std::chrono;
    typedef duration<long long, pico> picoseconds;
    picoseconds ps1{0};
    picoseconds ps2{0};
    int count = 0;
    const int ymax = 1000000;
    for (int y = -ymax; y <= ymax; ++y)
    {
        bool leap = is_leap(y);
        for (int doy = 1; doy <= 365 + leap; ++doy, ++count)
        {
            auto d1 = ymd_from_ydoy1(y, doy);
            auto d2 = ymd_from_ydoy2(y, doy);
            assert(d1 == d2);
        }
    }
    auto t0 = high_resolution_clock::now();
    for (int y = -ymax; y <= ymax; ++y)
    {
        bool leap = is_leap(y);
        for (int doy = 1; doy <= 365 + leap; ++doy)
        {
            auto d1 = ymd_from_ydoy1(y, doy);
            auto d2 = ymd_from_ydoy1(y, doy);
            assert(d1 == d2);
        }
    }
    auto t1 = high_resolution_clock::now();
    for (int y = -ymax; y <= ymax; ++y)
    {
        bool leap = is_leap(y);
        for (int doy = 1; doy <= 365 + leap; ++doy)
        {
            auto d1 = ymd_from_ydoy2(y, doy);
            auto d2 = ymd_from_ydoy2(y, doy);
            assert(d1 == d2);
        }
    }
    auto t2 = high_resolution_clock::now();
    ps1 = picoseconds(t1-t0)/(count*2);
    ps2 = picoseconds(t2-t1)/(count*2);
    cout << ps1.count() << "ps\n";
    cout << ps2.count() << "ps\n";
}

此测试中有三个循环：

1. 测试两种算法在+/-一百万年的范围内产生相同的结果。
2. 对第一个算法进行计时。
3. 对第二个算法进行计时。

事实证明，这两种算法都非常快……在我正在测试的 iMac Core i5 上只需几纳秒。因此引入皮秒来获得纳秒分数的一阶估计。

    typedef duration<long long, pico> picoseconds;

我想指出两件事：

1. 我们开始使用皮秒作为测量单位有多酷？
2. std::chrono 让与皮秒的互操作变得如此简单，这有多酷？

对我来说，这个测试打印出（大约）：

8660ps
2631ps

表明 ymd_from_ydoy2 比 ymd_from_ydoy1 快大约 3.3 倍。

希望这有帮助。从这个答案中可以得到的重要信息：

1. chrono 兼容的低级日期算法 有用且高效日期操作的算法。即使您必须将算法分开并重新组装（如本例所示），它们也很有用。对算法的解释使您能够将它们分开并在诸如此类的示例中重新应用它们。
2. 在测量非常快的函数时可以非常灵活。比非常快快三倍仍然是一个不错的胜利。

Answer 2

从一年中的一天计算出月份和月份中的日期似乎很容易。这应该可以做到：

static const int month_len[] = { 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };

int leap = (year % 4 == 0) && (year % 100 != 0 || year % 400 == 0);
int day_of_month = day_of_year;
int month;
for (month = 0; month < 12; month ++) {
    int mlen = month_len[month];
    if (leap && month == 1)
        mlen ++;
    if (day_of_month <= mlen)
        break;
    day_of_month -= mlen;
}

请注意，这计算一月份从零开始的月份，但假设天数（一年中的某一天或一个月中的某一天）从一开始。如果一年中的日期计数无效（超出年底），则生成的月值为 12（“12 月之后的月份”）。

“儒略历”是一个混乱的根源，因为它也代表与公历相差几十天的“儒略历”以及闰年的计算。在这里，我只是假设您只想在给定的公历年份的上下文中将“一年中的某一天”计数转换为“月份和月份中的某一天”。