C/C++中的日期和时间



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摘要：

本文从介绍基础概念入手，探讨了在C/C++中对日期和时间操作所用到的数据结构和函数，并对计时、时间的获取、时间的计算和显示格式等各方面进行了阐述。本文还通过大量的实例向你展示了time.h头文件中声明的各种函数和数据结构的详细使用方法。

关键字：UTC(世界标准时间)，Calendar Time（日历时间），epoch（时间点），clock tick（时钟计时单元）

1、概念

在C/C++中，对字符串的操作有很多值得注意的问题，同样，C/C++对时间的操作也有许多值得大家注意的地方。最近，在技术群中有很多的网友也多次问道过C++语言中对时间的操作、获取和显示等等的问题。下面，在这篇文章中，笔者将主要介绍在C/C++中时间和日期的使用方法。

通过学习许多C/C++库，你可以有很多操作、使用时间的方法。但在这之前你需要了解一些“时间”和“日期”的概念，主要有以下几个：

Coordinated Universal Time（UTC）：协调世界时，又称世界标准时间，也就是大家所熟知的格林威治标准时间（Greenwich Mean Tim，GMT）。比如，中国内地的时间与UTC的时差为+8，也就是UTC+8。每个是UTC-5

Calendar Time：日历时间，是用“从一个标准时间点到此时的时间点经过的秒数”来表示的时间。这个标准时间点对不同的编译器来说会有所不同，但是对一个编译系统来说，这个标准时间点是不变的，该编译系统中的时间对应的日历时间都通过该标准时间点来衡量，所以可以说日历时间是“相对时间”，但是无论你在哪一个时区，在同一时刻对同一个标准时间点来说，日历时间都是一样的。

epoch：时间点。时间点在标准C/C++中是一个整数，它用此时的时间和标准时间点相差的秒数（即日历时间）来表示。

clock tick：时钟计时单元（而不把它叫做时钟滴答次数），一个时钟计时单元的时间长短是由CPU控制的。一个clock tick不是CPU的一个时钟周期，而是C/C++的一个基本计时单位

我们可以使用ANSI标准库中的time.h头文件。这个头文件中定义的时间和日期所使用的方法，无论是结构定义还是命名，都具有明显的C语言风格。下面，我将说明在C/C++中怎样使用日期和时间功能。

2、计时

C/C++中的计时函数是clock()，而与其相关的数据类型是clock_t。在MSDN中，查得对clock函数的定义如下：

clock_t clock(void);

这个函数返回从“开启这个程序进程”到“程序中调用clock()函数”时之间的CPU时钟计时单元（clock tick）数，在MSDN中称之为“挂钟时间”（wal-clock）。其中clock_t是用来保存时间的数据类型，在time.h文件中，我们可以找到对它的定义：

#ifndef _CLOCK_T_DEFINEDtypedef long clock_t;#define _CLOCK_T_DEFINED#endif

很明显，clock_t是一个长整型数。在time.h文件中，还定义了一个CLOCKS_PER_SEC，它用来表示一秒钟会有多少个时钟计时单元，其定义如下：

#define CLOCKS_PER_SEC 1000

可以看到每过千分之一秒（即1毫秒），调用clock()函数返回的值就加1。下面举个例子，你可以使用公式clock()/CLOCKS_PER_SEC来计算一个进程自身的运行时间：

void elapsed_time() {

printf("Elapsed time:%u secs.\n", clock()/CLOCKS_PER_SEC);

}

当然，你也可以用clock函数来计算你的机器运行一个循环或者其他事件到底花了多少时间：

#include “stdio.h”#include “stdlib.h”#include “time.h” int main( void ) {    long    i = 10000000L;    clock_t start, finish;    double  duration;    /* 测量一个事件持续的时间 */    printf( "Time to do %ld empty loops is ", i );    start = clock();   while( i-- )     finish = clock();    duration = (double)(finish - start) / CLOCKS_PER_SEC;    printf( "%f seconds\n", duration );    system("pause"); }

在笔者的机器上，运行结果如下：Time to do 10000000 empty loops is 0.437000 seconds

上面我们看到时钟计时单元的长度为1毫秒，那么计时的精度也为1毫秒，那么我们可不可以通过改变CLOCKS_PER_SEC的定义，通过把它定义的大一些，从而使计时精度更高哪？通过尝试，你会发现这样是不行的。在标准C/C++中，最小的计时单位是1毫秒

3、与日期和时间有关的数据结构

在标准C/C++中，我们可以通过tm结构来获得日期和时间，tm结构在time.h中的定义如下：

#ifndef _TM_DEFINEDstruct tm {int tm_sec;                 /* 秒 - 取值区间为[0,59] */int tm_min;                /* 分 - 取值区间为[0,59] */int tm_hour;              /* 时 - 取值区间为[0,23] */int tm_mday;            /* 一个月中的日期 - 取值区间为[1,31] */int tm_mon;             /* 月份（从一月开始，0代表一月） - 取值区间为[0,11] */int tm_year;              /* 年份，其值等于实际年份减去1900 */int tm_wday;            /* 星期 - 取值区间为[0,6] ，其中0代表星期天，1代表星期一，以此类推*/int tm_yday;            /* 从每年的1月1日开始的天数，取值区间为[0,365]，其中0代表1月1日，1代表1月2日，以此类推 */int tm_isdst;           /* 夏令时标识符，实现夏令时的时候为正，不实现的时候为0；不了解情况时为负 */};#define _TM_DEFINED#endif

ANSI C标准称使用tm结构的这种时间表示为分解时间（broken-down time）。

而日历时间是通过time_t数据类型来表示的，用time_t表示的时间（日历时间）是从一个时间点（例如：1970年1月1日0时0分0秒）到此时的秒数。在time.h中，我们也可以看到time_t是个长整型数

#ifndef _TIME_T_DEFINED typedef long time_t;         /* 时间值 */ #define _TIME_T_DEFINED      /* 避免重复定义 time_t */ #endif

大家可能会产生疑问，既然time_t实际上是长整型，到未来的某一天，从一个时间点（一般是1970年1月1日0时0分0秒）到那时的秒数（即日历时间）超出了长整型所能表示的值的范围怎么办？对time_t数据类型的值来说，它所能表示的时间不能晚于2038年1月18日19时14分07秒。为了能够表示更久远的时间，一下编译器厂商引入了64位甚至更长的整型数来保存日历时间。比如微软在Visual C++中采用了_time64_t数据类型来保存日历时间，并通过_time64()函数来获得日历时间（而不是通过使用32位的time()函数），这样就可以通过该数据类型保存3001年1月1日0时0分0秒（不包括该时间点）之前的时间。

在time.h头文件中，我们还可以看到一些函数，它们都是以time_t为参数类型或返回值类型的函数：

double difftime(time_t time1, time_t time0);

time_t mktime(struct tm * timePtr);

time_t time(time_t * timer);

char * asctime(const struct tm* timeptr);

char * ctime(const time_t * tmer);

此外，time.h还提供了两种不同的函数将日历时间（一个用time_t表示的整数）转换为我们平时看到的把年月日时分秒分开显示的时间格式：

struct tm * gmtime(const time_t * timer);

struct tm* localtime(const time_t * timer);

通过查阅MSDN，我们可以知道Microsoft C/C++7.0中时间点的值（time_t对象的值）是从1899年12月31日0时0分0秒到该时间点所经过的秒数，而其他各种版本的Microsoft C/C++和所有不同版本的Visual C++都是计算的从1970年1月1日0时0分0秒到该时间点所经过的秒数。

4、与日期和时间相关的函数及应用

在本节，我将向大家展示怎样利用time.h中声明的函数对时间进行操作。这些操作包括取当前时间、计算时间间隔、以不同的形式显示时间等内容。

4.1 获得日历时间

我们可以通过time()函数来获得日历时间，其原型为：

time_t time(time_t * timer);

如果已经声明了参数，可以从参数timer返回现在的日历时间，同时也可以通过返回值返回现在的日历时间，即从一个时间点（例如：1970年1月1日0时0分0秒）到现在的秒数。如果参数为空（NULL），函数将只通过返回值返回现在的日历时间，比如下面这个例子用来显示当前的日历时间：

#include "time.h" #include "stdio.h" int main(void) { time_t lt; lt = time(NUL); printf("The Calendar Time now is %d\n",lt); return 0;}

运行的结果与当时的时间有关，我当时运行的结果是：The Calendar Time now is 1122707619

其中1122707619就是我运行程序时的日历时间，即从1970年1月1日0时0分0秒到此时的秒数

4.2 获得日期和时间

这里所说的日期和时间就是我们平时所说的年月日时分秒等信息。从第二节我们已经知道这些信息保存在一个名为tm的结构体中，那么如何将一个日历时间保存为一个tm结构的对象呢？

其中可以使用的函数是gmtime()和localtime()，这两个函数的原型为：

struct tm * gmtime(const time_t * timer);

struct tm* localtime(const time_t *timer);

其中gmtime()函数是将日历时间转化为世界标准时间，并返回一个tm结构体来保存这个时间，而localtime()函数是将日历时间转化为本地时间。比如现在用gmtime()函数获得的世界标准时间是2005年7月30日7点18分20秒，那么用localtime()函数在中国地区获得的本地时间会比世界标准时间晚8个小时，即2005年7月30日15点18分20秒。

下面是个例子：

#include "time.h" #include "stdio.h" int main(void) { struct tm *local; time_t t; t=time(NUL); local=localtime(&t); printf("Local hour is: %d\n",local->tm_hour); local=gmtime(&t); printf("UTC hour is: %d\n",local->tm_hour); return 0; }  运行结果是：Local hour is: 15 UTC hour is: 7

4.3 固定的时间格式

我们可以通过asctime()函数将时间以固定的格式显示出来，两者的返回值都是char*类型的字符串。返回的时间格式为：

星期几 月份 日期 时：分：秒 年\n\0

例如：Wed Jan 02 02:03:55 2015\n\0

其中\n是一个换行符，\0是一个空字符，表示字符串结束。下面是两个函数的原型

char * asctime(const struct tm* timeptr);

char* ctime(const time_t * timer);

其中asctime()函数是通过tm结构体来生成具有固定格式的保存时间信息的字符串，而ctime()函数是通过日历时间来生成时间字符串。这样的话，asctime()函数只是把tm结构对象中的各个域填到时间字符串相应的位置就行了，而ctime()函数需要先参照本地时间的设置把日历时间转化为本地时间，然后再生成格式化的字符串。在下面，如果t是一个飞空的time_t变量的话，那么：

printf(ctime(&t));

等价于：

struct tm *ptr;

ptr = localtime(&t);

printf(asctime(ptr));

那么，下面这个程序的两条printf语句输出的结果就是不同的了（除非你将本地时区设为世界标准时间所在的时区）

#include "time.h" #include "stdio.h" int main(void) { struct tm *ptr; time_t lt; lt = time(NULL); ptr=gmtime(<); printf(asctime(ptr)); printf(ctime(<)); return 0; } 运行结果：Sat Jul 30 08:43:03 2005 Sat Jul 30 16:43:03 2005 

4.4 自定义时间格式

我们可以使用strftime()函数将时间格式转化为我们想要的格式。它的原型如下：

size_t strftime(char *strDest,size_t maxSize,const char *format,const struct tm *timeptr);

我们可以根据format指向字符串命令把timeptr中保存的信息放在strDest指向的字符串中，最多向strDest中存放maxsize个字符。该函数返回向strDest指向的字符串中放置的字符数。

函数strftime()的操作有些类似于sprintf()：识别以百分号(%)开始的格式命令集合，格式化输出结果放在一个字符串中。格式化命令指明串strDest中各种日期和时间信息的确切表示方法。格式串中的其他字符被原样放进串中。格式命令列如下，它们是区分大小写的。

%a  星期几的简写

%A 星期几的全称

%b 月份的简写

%B 月份的全称

%c 标准的日期的时间串

%C 年份的后两位数字

%d 十进制表示的每月的第几天

%D 月/天/年

%e 在两字符域中，十进制表示的每月的第几天

%F 年-月-日

%g 年份的后两位数字，使用基于周的年

%G 年份，使用基于周的年

%h 简写的月份名

%H 24小时制的小时

%I 12小时制的小时

%j  十进制表示的每年的第几天

%m 十进制表示的月份

%M 十进制表示的分钟数

%n 新行符

%p 本地的AM或PM的等价显示

%r 12小时的时间

%R 显示小时和分钟 hh:mm

%S 十进制的秒数

%t 水平制表符

%T 小时时分秒 hh:mm:ss

%u 每周的第几天，星期一为第一天（值从0到6，星期一为0）

%U 每年的第几周，把星期日作为第一天

%V 每年的第几周，基于使用周的年

%w 十进制表示的星期几（值从0到6，星期天为0）

%W每年的第几周，把星期一作为第一天（值从0到53）

%x 标准的日期串

%X 标准的时间串

%y 不带世纪的十进制年份（值从0到99）、

%Y 带世纪部分的十进制年份

%z，%Z 时区名称，如果不能得到时区名称则返回空字符

%% 百分号

4.5 计算持续时间的长度

有时候在实际应用中要计算一个事件持续的时间长度，比如计算打字速度。在第1节计时部分中，我们已经用clock()函数举了一个例子。clock()函数可以精确到毫秒级。同时，我们也可以使用difftime()函数，但是它只能精确到秒。该函数的定义如下：

double difftime(time_t time1, time_t time0);

虽然该函数返回的以秒计算的时间间隔是double类型的，但是这并不意味着该时间具有double一样的精度，这是由它的参数决定的（time_t是以秒为单位计算的）。

4.6 分解时间转化为日历时间

这里说的分解时间就是以年月日时分秒等分量保存的时间结构，在C/C++中是tm结构。我们可以使用mktime()函数将用tm结构表示的时间转化为日历时间。

其函数原型如下：

time_t mktime(struct tm *timeptr);

其返回值就是转化后的日历时间。这样我们就可以先指定一个分解时间，然后对这个时间进行操作了，下面的例子也可以计算出1997年7月1日是星期几：

int main(void) { struct tm t; time_t t_of_day; t.tm_year=1997-1900; t.tm_mon=6; t.tm_mday=1; t.tm_hour=0; t.tm_min=0; t.tm_sec=1; t.tm_isdst=0; t_of_day=mktime(&t); printf(ctime(&t_of_day)); return 0; } 运行结果：Tue Jul 01 00:00:01 1997

现在注意了，有了mktime()函数，是不是我们可以操作现在之前的任何时间呢？你可以通过这种办法算出1945年8月15号是星期几吗？答案是否定的，因为这个时间在1970年1月1日之前，所以在大多数编译器中，这样的程序虽然可以编译通过，但运行时会异常中止。

5. 总结

本文介绍了标准C/C++中的有关日期和时间的概念，并通过各种实例讲述了这些函数和数据结构使用方法。笔者认为，和时间有关的一些概念是相当重要的，理解这些概念是理解各种时间格式转换的基础，更是应用这些函数和数据结构的基础。

参考文献
[1] 标准C++程序设计教程，电子工业出版社，2003。
[2] MSDN Library Microsoft Corporation 2003。