Unix下时间和日期

时间和日期历程

UNIX内核提供的基本时间服务是计算自协调世界时（UTC）公元1970年1月1日00:00:00这一特定时间以来经过的描述。这种秒数是以数据类型time_t表示的，被称为日历时间。日历时间包括时间和日期。UNIX在这方面与其他操作系统的区别是：1）以协调统一时间而非本地时间计时；2）可自动进行转换，如变换到夏令时；3）将时间和日期作为一个量值保存。

time函数：返回当前时间和日期。

#include <time.h>
time_t time(time_t *calptr);
// 返回值：若成功，返回时间值；若出错，返回-1。

时间值作为函数值返回。如果参数非空，则时间值也存放在由calptr指向的单元内。

POSX1.1的实时扩展增加了对多个系统时钟的支持。在Single UNIX Specification V4中，控制这些时钟的接口从可选组被移至基本组。时钟通过clockid_t类型进行标识。下面将给出时钟类型标识符的标准值。

CLOC_REALTIME———******———实时系统时间
CLOCK_MONOTONIC——POSIX_MONOTONIC_CLOCK——不带负跳数的实时系统时间
CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID——_POSIX_CPUTIME——调用进程的CPU时间
CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID——_POSIX_THREAD_CPUTIME——调用线程的CPU时间

clock_gettime函数可用于获取指定时钟的时间，返回的时间在timespec结构中，它把时间表示为以秒和纳秒。

#include <sys/time.h>
int clock_gettime(clockid_t clock_id, struct timespec *tsp);
// 返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1。

当时钟ID设置为CLOCK_REALTIME时，clock_gettime函数提供了与time函数类似的功能，不过在系统支持高精度时间值得情况下，clock_gettime可能比time函数得到更高精度的时间值。

#include <sys/time.h>
int clock_getres(clockid_t clock_id, struct timespec *tsp);
// 返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1。

clock_getres函数把参数tsp指向的timespec结构初始化为与clock_id参数对应的时钟精度。例如，如果精度为1毫秒，则tv_sec字段就是0，tv_nsec字段就是1000000。

要对特定的时钟设置时间，可以调用clock_settime函数。

#include <sys/time.h>
int clock_settime(clockid_t clock_id, const struct timespec *tsp);
// 返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1。

我们需要适当的特权来更改时钟值，但是有些时钟是不能修改的。

SUSv4指定gettimeofday函数现在已弃用。然而一些程序仍然使用这个函数，因为与time函数相比，gettimeofday提供了更高的精度（可到微妙级）。

#include <sys/time.h>
int gettimeofday(struct timeval *restrict tp, void *restrict tzp);
// 返回值：总是返回0。

tzp的唯一合法值是NULL，其他值将产生不确定的结果。某些平台支持tzp说明区，但这完全依实现而定，Single UNIX Specification对此并没有定义。

gettimeofday函数以距特定时间（1970年1月1日00:00:00）的秒数的方式将当前时间存放在tp指向的timeval结构中，而该结构将当前时间表示为秒和微妙。

一旦取得这种从上述特定时间经过的秒数的整型时间值后，通常要调用函数将其转换为分解的时间结构，然后调用另一个函数生成人们可读的时间和日期。下图将说明各个时间函数之间的关系，其中localtime、mktime和strftime都受到环境变量TZ的影响。点画线表示了如何从时间相关的结构获得日历时间。

两个函数localtime和gmtime将日历时间转换成分解的时间，并将这些存放在一个tm结构中。

struct tm{
    int time_sec;   // [0-60]
    int tm_min;     // [0-59]
    int tm_hour;    // [0-23]
    int tm_mday;    // [1-31]
    int tm_mon;     // [1-11]
    int tm_year;    // [1990-...]
    int tm_wday；   // [ 0-6]
    int tm_yday;    // [0-365]
    int tm_isdst;   // <0,0>
};

秒可以超过59的理由是可以表示润秒。注意，除了月日字段，其他字段的值都以0开始。如果夏令时生效，则夏令标志值为正；若果非夏令时时间，则该标志值为0；如果此信息不可用，则其值为负。

#include <time.h>
struct tm *gmtime(const time_t *calptr);
struct tm *localtime(const time_t *calprt);
// 返回值：指向分解的tm结构的指针；若出错，返回NULL。

localtime和gmtime之间的区别是：localtime将日历时间转换成本地时间（考虑到本地时区和夏令时标志），而gmtime则将日历时间转换成协调统一时间的年、月、日、时、分、秒、周日分解结构。

函数mktime以本地时间的年、月、日等作为参数，将其变换成time_t值。

#include <time.h>
time_t mktime(struct tm *tmptr);
// 返回值：若成功，返回日历时间；若出错，返回-1。

函数strftime是一个类似于printf的时间值函数。它非常复杂，可以通过可用的多个参数来定制产生的字符串。

#include <time.h>
size_t strftime(char *restrict buf, size_t maxsize, const char *restirct format, const struct tm *restrict tmptr);
size_t strftime_t(char *restrict buf, size_t maxsize, const char *restrict format, const strcuct tm *restrict tmptr, locale_t locale);
// 返回值：若有空间，返回存入数组的字符串；否则，返回0。

strftime_l允许调用者将区域指定为参数，除此之外，strftime和strftime_t函数是相同。strftime使用通过TZ环境变量指定的区域。

tmptr参数是要格式化的时间值，由一个指向分解时间值tm结构的指针说明。格式化结果存放在一个长度为maxsize个字符的buf数组中，如果buf长度足以存放格式化结果及一个null终止符，则该函数返回在buf中存放的字符数（不包括null终止符）；否则该函数返回0。

format参数控制时间值的格式。如同printf函数一样，转换说明的形式是百分号之后跟一个特定字符。format中的其他字符则按原样输出。两个连续的百分号在输出中产生一个百分号。与printf函数的不同之处是，每个转换说明产生一个不同的定长输出字符串，在format字符串中没有字段宽度修饰符。下面列出37中ISO C规定的转换说明。

%a——缩写的周日名——Thu
%A——全周日名——Thursday
%b——缩写的月名——Jan
%B——全月名——January
%c——日期和时间——Thu Jan 19 21：24:52 2012
%C——年/100（00~99）——20
%d——月日（01~31）——19
%D——日期（MM/DD/YY） 01/19/12
%e——月日（一位数字前加空格）（1~31）——19
%F——ISO 8601日期格式（YYYY-MM-DD）——2012-01-09
%g——ISO 8601基于周的年的最后2位数（00~99）
%G——ISO 8601基于周的年——2012
%h——与%b相同——Jan
%H——小时（24小时制）（00~23）——21
%I——小时（24小时制）（00-12）——09
%j——年日（001-366）——019
%m——月（01~12）——01
%M——分（00~59）——24
%n——换行符
%p——AM/PM——PM
%r——本地时间（12小时制）——09:24:52 PM
%R——与“%H:%M”相同——21:24
%S——秒：[00-60]——52
%t——视屏制表符
%T——与“%H:%M:%S”相同——21:24：:52
%u——ISO 8601周几（Monday=1,1~7）——4
%U——星期日周数：（00-53）——03
%V——ISO 8601周数：（00~53）——03
%w——周几：（0=Sunday，0~6）——4
%W——星期一周数（00~53）——03
%x——本地日期——01/19/12
%X——本地时间——21:24:52
%y——年的最后两位数字（00~99）——12
%Y——年——2012
%z——ISO 8601格式的UTC偏移量——-0500
%Z——时区名——EST    
%%——翻译为1个%——%

strptime函数是strftime的反过来版本，把字符串时间转换成分解时间。

#include <time.h>
char *strptime(const char *restrict buf, const char *restrict format, struct tm *restrict tmptr);
// 返回值：指向上次解析的字符串的下一个字符的指针；否则，返回NULL。

format参数给出了buf参数指向的缓冲区内的字符串的格式。虽然与strftime函数的说明稍有不同，但格式说名是类似的。strptime函数转换说明符如下：

%a——缩写的或完整的周日名
%A——与%a相同
%b——缩写的或完整的月名
%B——与%b相同
%c——日期和时间
%C——年的最后两位数字
%d——周日：[01-31]
%D——日期[MM/DD/YY]
%e——与%d相同
%h——与&b相同
%H——小时（24小时制）：[00-23]
%I——小时（12小时制）：[01-12]
%j——年日：[001-366]
%m——月：[01-12]
%M——分：[00-59]
%n——任何空白
%p——AM/PM
%r——本地时间：（12小时制）
%R——与“%H：%M”相同
%S——秒：[00-60]
%t——任何空白
%T——与“%H:%M:%S”相同
%U——星期日周数：[00-53]
%w——周日：[0=Sunday,0-6]
%W——星期一周数：[00-53]
%x——本地日期
%X——本地时间
%y——年的最后两位数字：[00-99]
%Y——年
%%——翻译为1个%

localtime、mktime和strftime受环境变量TZ影响。如果定义了TZ，则这些函数将使用其值代替系统默认时区。如果TZ定义为空串（TZ=），则使用协调统一时间UTC。

参考文献

UNIX高级环境编程