關(guān)鍵字：UTC（世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間），Calendar Time（日歷時(shí)間），epoch（時(shí)間點(diǎn)），clock tick（時(shí)鐘計(jì)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間的方法。但在這之前你需要了解一些“時(shí)間”和“日期”的概念，主要有以下幾個(gè)：

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

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

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

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

我們可以使用ANSI標(biāo)準(zhǔn)庫中的time.h頭文件。這個(gè)頭文件中定義的時(shí)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(shí)間功能。

2． 計(jì)時(shí)

C/C++中的計(jì)時(shí)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(gè)函數(shù)返回從“開啟這個(gè)程序進(jìn)程”到“程序中調(diào)用clock()函數(shù)”時(shí)之間的CPU時(shí)鐘計(jì)時(shí)單元（clock tick）數(shù)，在MSDN中稱之為掛鐘時(shí)間（wall-clock）。其中clock_t是用來保存時(shí)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(gè)長整形數(shù)。在time.h文件中，還定義了一個(gè)常量CLOCKS_PER_SEC，它用來表示一秒鐘會(huì)有多少個(gè)時(shí)鐘計(jì)時(shí)單元，其定義如下：

#define CLOCKS_PER_SEC ((clock_t)1000)

可以看到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(gè)例子，你可以使用公式clock()/CLOCKS_PER_SEC來計(jì)算一個(gè)進(jìn)程自身的運(yùn)行時(shí)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(gè)循環(huán)或者處理其它事件到底花了多少時(shí)間：

＃i nclude “stdio.h”
＃i nclude “stdlib.h”
＃i nclude “time.h”

int main( void )
{
     long      i = 10000000L;
     clock_t start, finish;
     double    duration;
     /* 測量一個(gè)事件持續(xù)的時(shí)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(shí)鐘計(jì)時(shí)單元的長度為1毫秒，那么計(jì)時(shí)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(shí)精度更高呢？通過嘗試，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣是不行的。在標(biāo)準(zhǔn)C/C++中，最小的計(jì)時(shí)單位是一毫秒。

3．與日期和時(shí)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(shí)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(shí) - 取值區(qū)間為[0,23] */
          int tm_mday;      /* 一個(gè)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(shí)標(biāo)識(shí)符，實(shí)行夏令時(shí)的時(shí)候，tm_isdst為正。不實(shí)行夏令時(shí)的進(jìn)候，tm_isdst為0；不了解情況時(shí)，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(shí)間表示為分解時(shí)間(broken-down time)。

而日歷時(shí)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(shí)間（日歷時(shí)間）是從一個(gè)時(shí)間點(diǎn)（例如：1970年1月1日0時(shí)0分0秒）到此時(shí)的秒數(shù)。在time.h中，我們也可以看到time_t是一個(gè)長整型數(shù)：

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

大家可能會(huì)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(gè)時(shí)間點(diǎn)（一般是1970年1月1日0時(shí)0分0秒）到那時(shí)的秒數(shù)（即日歷時(shí)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(shí)間不能晚于2038年1月18日19時(shí)14分07秒。為了能夠表示更久遠(yuǎn)的時(shí)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(shí)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(shí)間，并通過_time64()函數(shù)來獲得日歷時(shí)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(shí)0分0秒（不包括該時(shí)間點(diǎn)）之前的時(shí)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(shí)間（一個(gè)用time_t表示的整數(shù)）轉(zhuǎn)換為我們平時(shí)看到的把年月日時(shí)分秒分開顯示的時(shí)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(shí)間點(diǎn)的值（time_t對象的值）是從1899年12月31日0時(shí)0分0秒到該時(shí)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(shí)0分0秒到該時(shí)間點(diǎn)所經(jīng)過的秒數(shù)。

4．與日期和時(shí)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(shí)間進(jìn)行操作。這些操作包括取當(dāng)前時(shí)間、算時(shí)間間隔、以不同的形式顯示時(shí)間等內(nèi)容。

4.1 獲得日歷時(shí)間

我們可以通過time()函數(shù)來獲得日歷時(shí)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(shí)間，同時(shí)也可以通過返回值返回現(xiàn)在的日歷時(shí)間，即從一個(gè)時(shí)間點(diǎn)（例如：1970年1月1日0時(shí)0分0秒）到現(xiàn)在此時(shí)的秒數(shù)。如果參數(shù)為空（NULL），函數(shù)將只通過返回值返回現(xiàn)在的日歷時(shí)間，比如下面這個(gè)例子用來顯示當(dāng)前的日歷時(shí)間：

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

運(yùn)行的結(jié)果與當(dāng)時(shí)的時(shí)間有關(guān)，我當(dāng)時(shí)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(shí)的日歷時(shí)間。即從1970年1月1日0時(shí)0分0秒到此時(shí)的秒數(shù)。

4.2 獲得日期和時(shí)間

這里說的日期和時(shí)間就是我們平時(shí)所說的年、月、日、時(shí)、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(gè)名為tm的結(jié)構(gòu)體中，那么如何將一個(gè)日歷時(shí)間保存為一個(gè)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(gè)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(shí)間轉(zhuǎn)化為世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（即格林尼治時(shí)間），并返回一個(gè)tm結(jié)構(gòu)體來保存這個(gè)時(shí)間，而localtime()函數(shù)是將日歷時(shí)間轉(zhuǎn)化為本地時(shí)間。比如現(xiàn)在用gmtime()函數(shù)獲得的世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(shí)間會(huì)比時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間晚8個(gè)小時(shí)，即2005年7月30日15點(diǎn)18分20秒。下面是個(gè)例子：

＃i nclude "time.h"
＃i nclude "stdio.h"
int main(void)
{
struct tm *local;
time_t t;
t=time(NULL);
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(shí)間格式

我們可以通過asctime()函數(shù)和ctime()函數(shù)將時(shí)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(shí)間格式為：

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

其中\(zhòng)n是一個(gè)換行符，\0是一個(gè)空字符，表示字符串結(jié)束。下面是兩個(gè)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(shí)間信息的字符串，而ctime()是通過日歷時(shí)間來生成時(shí)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(gè)域填到時(shí)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(shí)間設(shè)置，把日歷時(shí)間轉(zhuǎn)化為本地時(shí)間，然后再生成格式化后的字符串。在下面，如果lt是一個(gè)非空的time_t變量的話，那么：

printf(ctime(<));

等價(jià)于：

struct tm *ptr;
ptr=localtime(<);
printf(asctime(ptr));

那么，下面這個(gè)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(shí)區(qū)設(shè)為世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間所在的時(shí)區(qū)）：

＃i nclude "time.h"
＃i nclude "stdio.h"
int main(void)
{
struct tm *ptr;
time_t lt;
lt =time(NULL);
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(shí)間格式

我們可以使用strftime（）函數(shù)將時(shí)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(shí)間信息放在strDest指向的字符串中，最多向strDest中存放maxsize個(gè)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(shí)別以百分號(hào)(%)開始的格式命令集合，格式化輸出結(jié)果放在一個(gè)字符串中。格式化命令說明串strDest中各種日期和時(shí)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(shí)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(shí)制的小時(shí)
%I 12小時(shí)制的小時(shí)
%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(shí)制表示的分鐘數(shù)
%n 新行符
%p 本地的AM或PM的等價(jià)顯示
%r 12小時(shí)的時(shí)間
%R 顯示小時(shí)和分鐘：hh:mm
%S 十進(jìn)制的秒數(shù)
%t 水平制表符
%T 顯示時(shí)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(shí)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)部分的十制年份
%z，%Z 時(shí)區(qū)名稱，如果不能得到時(shí)區(qū)名稱則返回空字符。
%% 百分號(hào)

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

＃i nclude “time.h”
＃i nclude “stdio.h”
int main(void)
{
struct tm *ptr;
time_t lt;
char str[80];
lt=time(NULL);
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：

＃i nclude
＃i nclude

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)的時(shí)間長度

有時(shí)候在實(shí)際應(yīng)用中要計(jì)算一個(gè)事件持續(xù)的時(shí)間長度，比如計(jì)算打字速度。在第1節(jié)計(jì)時(shí)部分中，我已經(jīng)用clock函數(shù)舉了一個(gè)例子。Clock()函數(shù)可以精確到毫秒級(jí)。同時(shí)，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(shí)間間隔是double類型的，但這并不說明該時(shí)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：

＃i nclude “time.h”
＃i nclude “stdio.h”
＃i nclude “stdlib.h”
int main(void)
{
time_t start,end;
start = time(NULL);
system("pause");
end = time(NULL);
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(shí)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(shí)間轉(zhuǎn)化為日歷時(shí)間

這里說的分解時(shí)間就是以年、月、日、時(shí)、分、秒等分量保存的時(shí)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(shí)間轉(zhuǎn)化為日歷時(shí)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(shí)間。這樣我們就可以先制定一個(gè)分解時(shí)間，然后對這個(gè)時(shí)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：

＃i nclude "time.h"
＃i nclude "stdio.h"
＃i nclude "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(shí)間呢？你可以通過這種辦法算出1945年8月15號(hào)是星期幾嗎？答案是否定的。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)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(shí)會(huì)異常終止。

5．總結(jié)

本文介紹了標(biāo)準(zhǔn)C/C++中的有關(guān)日期和時(shí)間的概念，并通過各種實(shí)例講述了這些函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用方法。筆者認(rèn)為，和時(shí)間相關(guān)的一些概念是相當(dāng)重要的，理解這些概念是理解各種時(shí)間格式的轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，更是應(yīng)用這些函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。