为何无法用std::chrono与long long等待10^12皮秒？

测试代码如下：

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

using namespace std;

using picoseconds_longlong = chrono::duration<long long, std::ratio<1l, 1'000'000'000'000l>>;
using picoseconds_double = chrono::duration<double, std::ratio<1l, 1'000'000'000'000l>>;

int main() {
    cout << chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(chrono::high_resolution_clock::now().time_since_epoch()) << endl;
    this_thread::sleep_for(picoseconds_longlong(1'000'000'000'000));
    cout << chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(chrono::high_resolution_clock::now().time_since_epoch()) << endl;

    cout << chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(chrono::high_resolution_clock::now().time_since_epoch()) << endl;
    this_thread::sleep_for(picoseconds_double(1'000'000'000'000));
    cout << chrono::duration_cast<chrono::milliseconds>(chrono::high_resolution_clock::now().time_since_epoch()) << endl;
}

运行后输出：

354170836ms
354170836ms
354170836ms
354171836ms

可见picoseconds_longlong类型的等待没有产生任何延迟，而picoseconds_double类型的等待正常完成了1秒的延迟。

原因分析 #

问题核心是整数类型时长转换时的溢出问题：

• picoseconds_longlong是基于long long的整数型时长，传入的1'000'000'000'000等价于1秒，但sleep_for的底层实现需要将其转换为系统支持的时间单位（如纳秒、毫秒）。
• 部分标准库实现处理整数型时长时，会用纯整数运算完成单位转换。若转换过程中出现中间值溢出（比如先计算count * 源周期分子，再除以源周期分母，当count数值极大时，中间乘积可能超出整数类型的表示范围），会导致最终计算出的等待时长被错误识别为0或负数，系统直接跳过等待。
• 而picoseconds_double是基于double的浮点型时长，转换时使用浮点运算，不会触发整数溢出，能正确表示1秒的时长，因此sleep_for可以正常工作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者bers