也談關(guān)于時間

最近轉(zhuǎn)去搞低層些的單片機(jī)程序編程，在一塊msp430上要增加一個國際標(biāo)準(zhǔn)時間，由于以前在VC中都是拿來用的，沒遇到問題，也就不會去深究。在單片機(jī)上想用標(biāo)準(zhǔn)C里面的time（time_t*）函數(shù)求得系統(tǒng)時間，最后結(jié)果出不來。后來才知道原來以前是取得的是操作系統(tǒng)的時間，汗死，單片機(jī)沒系統(tǒng)的啊，希望能夠盡早讓我搞嵌入式啊，呵呵。

后來自己弄明白了，設(shè)個時間值，然后用單片機(jī)晶振累加計(jì)數(shù)，還是可以用time.h輕松實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)時間計(jì)時的，而且方便不用考慮自己去寫時間轉(zhuǎn)換函數(shù)，以下是具體的time,h的講解，我就不再展開了。

time.h從頭學(xué)

本文從介紹基礎(chǔ)概念入手，探討了在C/C++中對日期和時間操作所用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)，并對計(jì)時、時間的獲取、時間的計(jì)算和顯示格式等方面進(jìn)行了闡述。本文還通過大量的實(shí)例向你展示了time.h頭文件中聲明的各種函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)使用方法。  

關(guān)鍵字：UTC（世界標(biāo)準(zhǔn)時間），Calendar Time（日歷時間），epoch（時間點(diǎn)），clock tick（時鐘計(jì)時單元）  

1．  概念  

在C/C++中，對字符串的操作有很多值得注意的問題，同樣，C/C++對時間的操作也有許多值得大家注意的地方。最近，在技術(shù)群中有很多網(wǎng)友也多次問到過C++語言中對時間的操作、獲取和顯示等等的問題。下面，在這篇文章中，筆者將主要介紹在C/C++中時間和日期的使用方法.  

通過學(xué)習(xí)許多C/C++庫，你可以有很多操作、使用時間的方法。但在這之前你需要了解一些“時間”和“日期”的概念，主要有以下幾個：  

Coordinated Universal Time（UTC）：協(xié)調(diào)世界時，又稱為世界標(biāo)準(zhǔn)時間，也就是大家所熟知的格林威治標(biāo)準(zhǔn)時間（Greenwich Mean Time，GMT）。比如，中國內(nèi)地的時間與UTC的時差為+8，也就是UTC+8。美國是UTC-5。 

Calendar Time：日歷時間，是用“從一個標(biāo)準(zhǔn)時間點(diǎn)到此時的時間經(jīng)過的秒數(shù)”來表示的時間。這個標(biāo)準(zhǔn)時間點(diǎn)對不同的編譯器來說會有所不同，但對一個編譯系統(tǒng)來說，這個標(biāo)準(zhǔn)時間點(diǎn)是不變的，該編譯系統(tǒng)中的時間對應(yīng)的日歷時間都通過該標(biāo)準(zhǔn)時間點(diǎn)來衡量，所以可以說日歷時間是“相對時間”，但是無論你在哪一個時區(qū)，在同一時刻對同一個標(biāo)準(zhǔn)時間點(diǎn)來說，日歷時間都是一樣的。

epoch：時間點(diǎn)。時間點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)C/C++中是一個整數(shù)，它用此時的時間和標(biāo)準(zhǔn)時間點(diǎn)相差的秒數(shù)（即日歷時間）來表示。

clock tick：時鐘計(jì)時單元（而不把它叫做時鐘滴答次數(shù)），一個時鐘計(jì)時單元的時間長短是由CPU控制的。一個clock tick不是CPU的一個時鐘周期，而是C/C++的一個基本計(jì)時單位。

我們可以使用ANSI標(biāo)準(zhǔn)庫中的time.h頭文件。這個頭文件中定義的時間和日期所使用的方法，無論是在結(jié)構(gòu)定義，還是命名，都具有明顯的C語言風(fēng)格。下面，我將說明在C/C++中怎樣使用日期的時間功能。  

2． 計(jì)時  

C/C++中的計(jì)時函數(shù)是clock()，而與其相關(guān)的數(shù)據(jù)類型是clock_t。在MSDN中，查得對clock函數(shù)定義如下：  

clock_t clock( void );  

這個函數(shù)返回從“開啟這個程序進(jìn)程”到“程序中調(diào)用clock()函數(shù)”時之間的CPU時鐘計(jì)時單元（clock tick）數(shù)，在MSDN中稱之為掛鐘時間（wal-clock）。其中clock_t是用來保存時間的數(shù)據(jù)類型，在time.h文件中，我們可以找到對它的定義：  

#ifndef _CLOCK_T_DEFINED  
typedef long clock_t;  
#define _CLOCK_T_DEFINED  
#endif  

很明顯，clock_t是一個長整形數(shù)。在time.h文件中，還定義了一個常量CLOCKS_PER_SEC，它用來表示一秒鐘會有多少個時鐘計(jì)時單元，其定義如下：

#define CLOCKS_PER_SEC ((clock_t)1000)

可以看到每過千分之一秒（1毫秒），調(diào)用clock（）函數(shù)返回的值就加1。下面舉個例子，你可以使用公式clock()/CLOCKS_PER_SEC來計(jì)算一個進(jìn)程自身的運(yùn)行時間：

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

當(dāng)然，你也可以用clock函數(shù)來計(jì)算你的機(jī)器運(yùn)行一個循環(huán)或者處理其它事件到底花了多少時間：  

#include “stdio.h”  
#include “stdlib.h”  
#include “time.h”  

int main( void )  
{  
long i = 10000000L;  
clock_t start, finish;  
double duration;  
/* 測量一個事件持續(xù)的時間*/  
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");  
}  

在筆者的機(jī)器上，運(yùn)行結(jié)果如下：

Time to do 10000000 empty loops is 0.03000 seconds

上面我們看到時鐘計(jì)時單元的長度為1毫秒，那么計(jì)時的精度也為1毫秒，那么我們可不可以通過改變CLOCKS_PER_SEC的定義，通過把它定義的大一些，從而使計(jì)時精度更高呢？通過嘗試，你會發(fā)現(xiàn)這樣是不行的。在標(biāo)準(zhǔn)C/C++中，最小的計(jì)時單位是一毫秒。

3．與日期和時間相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)  

在標(biāo)準(zhǔn)C/C++中，我們可通過tm結(jié)構(gòu)來獲得日期和時間，tm結(jié)構(gòu)在time.h中的定義如下：  

#ifndef _TM_DEFINED  
struct tm {  
int tm_sec; /* 秒 – 取值區(qū)間為[0,59] */  
int tm_min; /* 分 - 取值區(qū)間為[0,59] */  
int tm_hour; /* 時 - 取值區(qū)間為[0,23] */  
int tm_mday; /* 一個月中的日期 - 取值區(qū)間為[1,31] */  
int tm_mon; /* 月份（從一月開始，0代表一月） - 取值區(qū)間為[0,11] */  
int tm_year; /* 年份，其值等于實(shí)際年份減去1900 */  
int tm_wday; /* 星期 – 取值區(qū)間為[0,6]，其中0代表星期天，1代表星期一，以此類推 */  
int tm_yday; /* 從每年的1月1日開始的天數(shù) – 取值區(qū)間為[0,365]，其中0代表1月1日，1代表1月2日，以此類推 */  
int tm_isdst; /* 夏令時標(biāo)識符，實(shí)行夏令時的時候，tm_isdst為正。不實(shí)行夏令時的進(jìn)候，tm_isdst為0；不了解情況時，tm_isdst()為負(fù)。*/  
};  
#define _TM_DEFINED  
#endif  

ANSI C標(biāo)準(zhǔn)稱使用tm結(jié)構(gòu)的這種時間表示為分解時間(broken-down time)。

而日歷時間（Calendar Time）是通過time_t數(shù)據(jù)類型來表示的，用time_t表示的時間（日歷時間）是從一個時間點(diǎn)（例如：1970年1月1日0時0分0秒）到此時的秒數(shù)。在time.h中，我們也可以看到time_t是一個長整型數(shù)：  

#ifndef _TIME_T_DEFINED  
typedef long time_t; /* 時間值 */  
#define _TIME_T_DEFINED /* 避免重復(fù)定義 time_t */  
#endif  

大家可能會產(chǎn)生疑問：既然time_t實(shí)際上是長整型，到未來的某一天，從一個時間點(diǎn)（一般是1970年1月1日0時0分0秒）到那時的秒數(shù)（即日歷時間）超出了長整形所能表示的數(shù)的范圍怎么辦？對time_t數(shù)據(jù)類型的值來說，它所表示的時間不能晚于2038年1月18日19時14分07秒。為了能夠表示更久遠(yuǎn)的時間，一些編譯器廠商引入了64位甚至更長的整形數(shù)來保存日歷時間。比如微軟在Visual C++中采用了__time64_t數(shù)據(jù)類型來保存日歷時間，并通過_time64()函數(shù)來獲得日歷時間（而不是通過使用32位字的time()函數(shù)），這樣就可以通過該數(shù)據(jù)類型保存3001年1月1日0時0分0秒（不包括該時間點(diǎn)）之前的時間。  

在time.h頭文件中，我們還可以看到一些函數(shù)，它們都是以time_t為參數(shù)類型或返回值類型的函數(shù)：

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 *timer); 

此外，time.h還提供了兩種不同的函數(shù)將日歷時間（一個用time_t表示的整數(shù)）轉(zhuǎn)換為我們平時看到的把年月日時分秒分開顯示的時間格式tm：

struct tm * gmtime(const time_t *timer); struct tm * localtime(const time_t * timer);

通過查閱MSDN，我們可以知道Microsoft C/C++ 7.0中時間點(diǎn)的值（time_t對象的值）是從1899年12月31日0時0分0秒到該時間點(diǎn)所經(jīng)過的秒數(shù)，而其它各種版本的Microsoft C/C++和所有不同版本的Visual C++都是計(jì)算的從1970年1月1日0時0分0秒到該時間點(diǎn)所經(jīng)過的秒數(shù)。  

4．與日期和時間相關(guān)的函數(shù)及應(yīng)用

在本節(jié)，我將向大家展示怎樣利用time.h中聲明的函數(shù)對時間進(jìn)行操作。這些操作包括取當(dāng)前時間、計(jì)算時間間隔、以不同的形式顯示時間等內(nèi)容。  

4.1 獲得日歷時間

我們可以通過time()函數(shù)來獲得日歷時間（Calendar Time），其原型為：

time_t time(time_t * timer);

如果你已經(jīng)聲明了參數(shù)timer，你可以從參數(shù)timer返回現(xiàn)在的日歷時間，同時也可以通過返回值返回現(xiàn)在的日歷時間，即從一個時間點(diǎn)（例如：1970年1月1日0時0分0秒）到現(xiàn)在此時的秒數(shù)。如果參數(shù)為空（NUL），函數(shù)將只通過返回值返回現(xiàn)在的日歷時間，比如下面這個例子用來顯示當(dāng)前的日歷時間：

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

運(yùn)行的結(jié)果與當(dāng)時的時間有關(guān)，我當(dāng)時運(yùn)行的結(jié)果是：  

The Calendar Time now is 1122707619  

其中1122707619就是我運(yùn)行程序時的日歷時間。即從1970年1月1日0時0分0秒到此時的秒數(shù)。  

4.2 獲得日期和時間  

這里說的日期和時間就是我們平時所說的年、月、日、時、分、秒等信息。從第2節(jié)我們已經(jīng)知道這些信息都保存在一個名為tm的結(jié)構(gòu)體中，那么如何將一個日歷時間保存為一個tm結(jié)構(gòu)的對象呢？  

其中可以使用的函數(shù)是gmtime()和localtime()，這兩個函數(shù)的原型為：  

struct tm * gmtime(const time_t *timer);  
struct tm * localtime(const time_t * timer);  

其中gmtime()函數(shù)是將日歷時間轉(zhuǎn)化為世界標(biāo)準(zhǔn)時間（即格林尼治時間），并返回一個tm結(jié)構(gòu)體來保存這個時間，而localtime()函數(shù)是將日歷時間轉(zhuǎn)化為本地時間。比如現(xiàn)在用gmtime()函數(shù)獲得的世界標(biāo)準(zhǔn)時間是2005年7月30日7點(diǎn)18分20秒，那么我用localtime()函數(shù)在中國地區(qū)獲得的本地時間會比世界標(biāo)準(zhǔn)時間晚8個小時，即2005年7月30日15點(diǎn)18分20秒。下面是個例子：  

#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;  
}  

運(yùn)行結(jié)果是：  

Local hour is: 15  
UTC hour is: 7  

4.3 固定的時間格式  

我們可以通過asctime()函數(shù)和ctime()函數(shù)將時間以固定的格式顯示出來，兩者的返回值都是char*型的字符串。返回的時間格式為：  

星期幾 月份日期 時:分:秒 年\n\0  
例如：Wed Jan 02 02:03:55 1980\n\0  

其中\n是一個換行符，\0是一個空字符，表示字符串結(jié)束。下面是兩個函數(shù)的原型：  

char * asctime(const struct tm * timeptr);  
char * ctime(const time_t *timer);  

其中asctime()函數(shù)是通過tm結(jié)構(gòu)來生成具有固定格式的保存時間信息的字符串，而ctime()是通過日歷時間來生成時間字符串。這樣的話，asctime（）函數(shù)只是把tm結(jié)構(gòu)對象中的各個域填到時間字符串的相應(yīng)位置就行了，而ctime（）函數(shù)需要先參照本地的時間設(shè)置，把日歷時間轉(zhuǎn)化為本地時間，然后再生成格式化后的字符串。在下面，如果t是一個非空的time_t變量的話，那么：  

printf(ctime(&t));  

等價于：  

struct tm *ptr;  
ptr=localtime(&t);  
printf(asctime(ptr));  

那么，下面這個程序的兩條printf語句輸出的結(jié)果就是不同的了（除非你將本地時區(qū)設(shè)為世界標(biāo)準(zhǔn)時間所在的時區(qū)）：  

#include "time.h"  
#include "stdio.h"  
int main(void)  
{  
struct tm *ptr;  
time_t lt;  
lt =time(NUL);  
ptr=gmtime(<);  
printf(asctime(ptr));  
printf(ctime(<));  
return 0;  
}  

運(yùn)行結(jié)果：  

Sat Jul 30 08:43:03 2005  
Sat Jul 30 16:43:03 2005  

4.4 自定義時間格式  

我們可以使用strftime（）函數(shù)將時間格式化為我們想要的格式。它的原型如下：  

size_t strftime(  
char *strDest,  
size_t maxsize,  
const char *format,  
const struct tm *timeptr  
);
我們可以根據(jù)format指向字符串中格式命令把timeptr中保存的時間信息放在strDest指向的字符串中，最多向strDest中存放maxsize個字符。該函數(shù)返回向strDest指向的字符串中放置的字符數(shù)。  

函數(shù)strftime()的操作有些類似于sprintf()：識別以百分號(%)開始的格式命令集合，格式化輸出結(jié)果放在一個字符串中。格式化命令說明串strDest中各種日期和時間信息的確切表示方法。格式串中的其他字符原樣放進(jìn)串中。格式命令列在下面，它們是區(qū)分大小寫的。  

%a 星期幾的簡寫  
%A 星期幾的全稱  
%b 月分的簡寫  
%B 月份的全稱  
%c 標(biāo)準(zhǔn)的日期的時間串  
%C 年份的后兩位數(shù)字  
%d 十進(jìn)制表示的每月的第幾天  
%D 月/天/年  
%e 在兩字符域中，十進(jìn)制表示的每月的第幾天  
%F 年-月-日  
%g 年份的后兩位數(shù)字，使用基于周的年  
%G 年分，使用基于周的年  
%h 簡寫的月份名  
%H 24小時制的小時  
%I 12小時制的小時  
%j 十進(jìn)制表示的每年的第幾天  
%m 十進(jìn)制表示的月份  
%M 十時制表示的分鐘數(shù)  
%n 新行符  
%p 本地的AM或PM的等價顯示  
%r 12小時的時間  
%R 顯示小時和分鐘：hh:mm  
%S 十進(jìn)制的秒數(shù)  
%t 水平制表符  
%T 顯示時分秒：hh:mm:ss  
%u 每周的第幾天，星期一為第一天 （值從0到6，星期一為0）  
%U 第年的第幾周，把星期日做為第一天（值從0到53）  
%V 每年的第幾周，使用基于周的年  
%w 十進(jìn)制表示的星期幾（值從0到6，星期天為0）  
%W 每年的第幾周，把星期一做為第一天（值從0到53）  
%x 標(biāo)準(zhǔn)的日期串  
%X 標(biāo)準(zhǔn)的時間串  
%y 不帶世紀(jì)的十進(jìn)制年份（值從0到99）  
%Y 帶世紀(jì)部分的十進(jìn)制年份  
%z，%Z 時區(qū)名稱，如果不能得到時區(qū)名稱則返回空字符。  
%% 百分號  

如果想顯示現(xiàn)在是幾點(diǎn)了，并以12小時制顯示，就象下面這段程序：  

#include “time.h”  
#include “stdio.h”  
int main(void)  
{  
struct tm *ptr;  
time_t lt;  
char str[80];  
lt=time(NUL);  
ptr=localtime(<);  
strftime(str,100,"It is now %I %p",ptr);  
printf(str);  
return 0;  
}  

其運(yùn)行結(jié)果為：  
It is now 4PM  

而下面的程序則顯示當(dāng)前的完整日期：  

#include <stdio.h>  
#include <time.h>  

void main( void )  
{  
struct tm *newtime;  
char tmpbuf[128];  
time_t lt1;  
time( <1 );  
newtime=localtime(<1);  
strftime( tmpbuf, 128, "Today is %A, day %d of %B in the year %Y.\n", newtime);  
printf(tmpbuf);  
}  

運(yùn)行結(jié)果：  

Today is Saturday, day 30 of July in the year 2005.  

4.5 計(jì)算持續(xù)時間的長度  

有時候在實(shí)際應(yīng)用中要計(jì)算一個事件持續(xù)的時間長度，比如計(jì)算打字速度。在第1節(jié)計(jì)時部分中，我已經(jīng)用clock函數(shù)舉了一個例子。Clock()函數(shù)可以精確到毫秒級。同時，我們也可以使用difftime()函數(shù)，但它只能精確到秒。該函數(shù)的定義如下：  

double difftime(time_t time1, time_t time0);  

雖然該函數(shù)返回的以秒計(jì)算的時間間隔是double類型的，但這并不說明該時間具有同double一樣的精確度，這是由它的參數(shù)覺得的（time_t是以秒為單位計(jì)算的）。比如下面一段程序：  

#include "time.h"  
#include "stdio.h"  
#include "stdlib.h"  
int main(void)  
{  
time_t start,end;  
start = time(NUL);  
system("pause");  
end = time(NUL);  
printf("The pause used %f seconds.\n",difftime(end,start));//<-  
system("pause");  
return 0;  
}  

運(yùn)行結(jié)果為：  
請按任意鍵繼續(xù). . .  
The pause used 2.000000 seconds.  
請按任意鍵繼續(xù). . .  

可以想像，暫停的時間并不那么巧是整整2秒鐘。其實(shí)，你將上面程序的帶有“//<-”注釋的一行用下面的一行代碼替換：  

printf("The pause used %f seconds.\n",end-start);  

其運(yùn)行結(jié)果是一樣的。  

4.6 分解時間轉(zhuǎn)化為日歷時間  

這里說的分解時間就是以年、月、日、時、分、秒等分量保存的時間結(jié)構(gòu)，在C/C++中是tm結(jié)構(gòu)。我們可以使用mktime（）函數(shù)將用tm結(jié)構(gòu)表示的時間轉(zhuǎn)化為日歷時間。其函數(shù)原型如下：  

time_t mktime(struct tm * timeptr);  

其返回值就是轉(zhuǎn)化后的日歷時間。這樣我們就可以先制定一個分解時間，然后對這個時間進(jìn)行操作了，下面的例子可以計(jì)算出1997年7月1日是星期幾：  

#include "time.h"  
#include "stdio.h"  
#include "stdlib.h"  
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;  
}  
運(yùn)行結(jié)果：  
Tue Jul 01 00:00:01 1997  
現(xiàn)在注意了，有了mktime()函數(shù)，是不是我們可以操作現(xiàn)在之前的任何時間呢？你可以通過這種辦法算出1945年8月15號是星期幾嗎？答案是否定的。因?yàn)檫@個時間在1970年1月1日之前，所以在大多數(shù)編譯器中，這樣的程序雖然可以編譯通過，但運(yùn)行時會異常終止。