使用 C++20 <chrono> 计算基于 ISO 周的日期

Question

我知道我可以使用基于 ISO 周的日历（%G、%V和%u）来格式化计时日期，但我如何使用 自己计算这些值<chrono>？

Answer 1

我建议创建一个类型来保存基于 ISO 周的年份、周数和工作日，并为该类型提供与std::chrono::sys_days. 这将满足您的要求（转换为 ISO 基于周的日历）以及 从ISO 基于周的日历。它使您能够与任何其他具有sys_days.

该数据结构的初稿可能如下所示：

struct iso_week_date
{
    std::int16_t year;
    std::uint8_t weeknum;
    std::chrono::weekday dow;

    constexpr iso_week_date(int y, unsigned wn, std::chrono::weekday wd) noexcept;
    constexpr iso_week_date(std::chrono::sys_days tp) noexcept;
    constexpr operator std::chrono::sys_days() const noexcept;
};

为了演示的目的，我已使其尽可能简单。人们可以很容易地看出，可以为此添加功能，例如年份算术，使数据成员私有并为它们提供 getter 和 setter，添加流和解析运算符等。

采用 a 的构造函数sys_days是问题中要求的转换函数。是operator sys_days逆向转换。这些可以轻松完成noexcept并constexpr启用这些操作的编译时计算。

让我们从sys_days构造函数开始：

关于 ISO 基于周的日历，首先要了解的是，它将一年精确地划分为 52 或 53 周，每周从星期一开始。每个星期都完全在 ISO 年的单个年份内。因此，ISO 年份并不总是与民用年份相同，尽管通常是相同的。在民用年开始或结束时，ISO 年可以是民用年的其中一个年份。例如，当 12 月 31 日是星期一时，该星期一与下一个星期四为同一年份，比该星期一的民用年份大一年。

对于一周中的每一天（周四除外），民用年份可以比 ISO 年份晚一年或早一年。但对于星期四，民用年份和 ISO 年份始终相同。再加上一周（周一到周日）始终在同一年这一事实，对于计算从sys_days到 的转换非常重要iso_week_date。

constexpr
iso_week_date::iso_week_date(std::chrono::sys_days tp) noexcept
    : iso_week_date{0, 0, std::chrono::weekday{}}
{
    using std::chrono::sys_days;
    using std::chrono::year_month_day;
    using std::chrono::Monday;
    using std::chrono::Thursday;
    using std::chrono::weeks;
    using std::chrono::weekday;
    using std::chrono::days;
    using std::chrono::floor;

    dow = weekday{tp};
    auto closest_thursday = [this](sys_days tp)
    {
        auto i = static_cast<int>(dow.iso_encoding());
        tp += days{4-i};
        return tp;
    };

    auto y = year_month_day{closest_thursday(tp)}.year();
    auto start = sys_days{y/1/Thursday[1]} - (Thursday - Monday);
    year = int{y};
    weeknum = floor<weeks>(tp - start) / weeks{1} + 1;
}

辅助closest_thursday函数接受 asys_days并将其映射到最近的星期四。也就是说，它在星期一、星期二或星期三加上几天，并从星期五、星期六或星期日减去几天，以产生星期四。这用于获取所tp引用的 ISO 周的正确 ISO 年份，无论一周中的哪一天tp。

计算出正确的 ISO 年份后，ISO 年的开始时间为该年第一个星期四之前的星期一。该表达式(Thursday - Monday)只是一种详细的书写方式days{3}，旨在表明该表达式在第一个星期四之前的星期一查找。days{3}如果需要可以替换。这不会影响代码的正确性或性能。

接下来，填写剩余的iso_week_date数据成员就很简单了。请注意，周计数从 1 开始，而不是从 0 开始，因此+ 1.

反向转换（从iso_week_date到sys_days）甚至更容易：

constexpr
iso_week_date::operator std::chrono::sys_days() const noexcept
{
    using std::chrono::sys_days;
    using std::chrono::Monday;
    using std::chrono::Thursday;
    using std::chrono::weeks;

    auto start = sys_days{std::chrono::year{year}/1/Thursday[1]} - (Thursday - Monday);
    return start + weeks{weeknum-1} + (dow - Monday);
}

首先计算 ISO 年的开始时间（第一个星期四之前的星期一）。然后添加正确的周数以及星期一之后的天数。

可以这样练习：

int
main()
{
    using namespace std::chrono;

    iso_week_date d1{2024y/March/29};
    std::cout << d1.year << "-W" << unsigned{d1.weeknum} << " " << d1.dow << '\n';
    iso_week_date d2{Friday[last]/March/2024};
    std::cout << d2.year << "-W" << unsigned{d2.weeknum} << " " << d2.dow << '\n';
    sys_days d3 = sys_days{d2} + days{3};
    std::cout << d3 << '\n';
}

这会将 a 转换year_month_day为iso_week_date. 请注意，代码中没有任何地方iso_week_date知道该类型year_month_day。然后它将 a 转换year_weekday_last为iso_week_date. 这恰好与前面的示例是同一日期。并且注意的iso_week_date是不知道类型year_weekday_last。转换是在sys_days引擎盖下进行的。

请注意，如果其他人创建了另一个具有相互转换的日历sys_days（儒略历、希伯来历、玛雅历、伊斯兰历、不同的基于周的日历......），那么也iso_week_date将能够在这些日历之间进行转换。

最后通过逆向转换找出3天后的日期。

输出：

2024-W13 Fri
2024-W13 Fri
2024-04-01

演示。