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日期和時間是編程中非常常用的功能。本文是對C 11到C 17中相關(guān)編程接口的介紹。

介紹

C 中可以使用的日期時間API主要分為兩類：

• C-style 日期時間庫，位于頭文件中。這是原先頭文件的C 版本。
• chrono庫：C 11中新增API，增加了時間點，時長和時鐘等相關(guān)接口。

在C 11之前，C 編程只能使用C-style日期時間庫。其精度只有秒級別，這對于有高精度要求的程序來說，是不夠的。

但這個問題在C 11中得到了解決，C 11中不僅擴(kuò)展了對于精度的要求，也為不同系統(tǒng)的時間要求提供了支持。

另一方面，對于只能使用C-style日期時間庫的程序來說，C 17中也增加了timespec將精度提升到了納秒級別。

代碼示例

本文中所貼出的代碼示例可以到我的Github上獲取：paulQuei/cpp-date-time^[1]。

或者，你也可以直接通過下面這條命令獲取所有源碼：

git?clone?https://github.com/paulQuei/cpp-date-time.git
為了簡化書寫，本文中給出的代碼都已經(jīng)默認(rèn)做了以下操作：

#include?
#include?
#include?

using?namespace?std;


C-style 日期時間庫

C-style 日期時間庫中包含的函數(shù)和數(shù)據(jù)類型說明如下：

函數(shù)

函數(shù)	說明
std::clock_t clock()	返回自程序啟動時起的處理器時鐘時間
std::time_t time(std::time_t* arg)	返回自紀(jì)元起計的系統(tǒng)當(dāng)前時間
double difftime(std::time_t time_end, ? std::time_t time_beg)	計算時間之間的差
int timespec_get(std::timespec* ts, int base)??	返回基于給定時間基底的日歷時間
char* ctime(const std::time_t* time)	轉(zhuǎn)換 time_t 對象為文本表示
char* asctime(const std::tm* time_ptr)	轉(zhuǎn)換 tm 對象為文本表示
std::size_t strftime(char* str, ? std::size_t count, const char* format, ? const std::tm* time)	轉(zhuǎn)換 tm 對象到自定義的文本表示
std::size_t wcsftime( wchar_t* str, ? std::size_t count, const wchar_t* format, ? const std::tm* time)	轉(zhuǎn)換 tm 對象為定制的寬字符串文本表示
std::tm* gmtime(const std::time_t* time)	將time_t轉(zhuǎn)換成UTC表示的時間
std::tm* localtime(const std::time_t *time)	將time_t轉(zhuǎn)換成本地時間
std::time_t mktime(std::tm* time)	將tm格式的時間轉(zhuǎn)換成time_t表示的時間

數(shù)據(jù)類型

名稱	說明
time_t	從紀(jì)元起的時間類型
tm	日歷時間類型
timespec??	以秒和納秒表示的時間
clock_t	進(jìn)程運行時間
size_t	sizeof 運算符返回的無符號整數(shù)類型

結(jié)構(gòu)梳理

這里有不少的函數(shù)和數(shù)據(jù)類型，剛開始接觸的時候似乎不太容易記得住。

但實際上，如果我們把它們畫成一張圖就比較好理解了，如下所示：

在這幅圖中，以數(shù)據(jù)類型為中心，帶方向的實線箭頭表示該函數(shù)能返回相應(yīng)類型的結(jié)果。

• clock函數(shù)是相對獨立的一個函數(shù)，它返回進(jìn)程運行的時間，具體描述見下文。
• time_t描述了紀(jì)元時間，通過time函數(shù)可以獲得它。但它只能精確到秒級別。
• timespec類型在time_t的基礎(chǔ)上，增加了納秒的精度，通過timespec_get獲取。這是C 17上新增的
• tm是日歷類型，因為它其中包含了年月日等信息。通過gmtime，localtime和mktime函數(shù)可以將time_t和tm類型互相轉(zhuǎn)換。
• 考慮到時區(qū)的差異，因此存在gmtime和localtime兩個函數(shù)。
• 無論是time_t還是tm結(jié)構(gòu)，都可以將其以字符串格式輸出。ctime和asctime輸出的格式是固定的。如果需要自定義格式，需要使用strftime或者wcsftime函數(shù)。

進(jìn)程運行時間

clock函數(shù)返回進(jìn)程迄今為止所用的處理器時間。單獨調(diào)度該函數(shù)一次所返回的值是沒有意義的，只有兩次不同值的差才有意義。

該值表示了進(jìn)程從關(guān)聯(lián)到程序執(zhí)行的實現(xiàn)定義時期開始，所用的粗略處理器時間。而且這個值僅僅是處理器的時鐘周期。如果希望將其轉(zhuǎn)換為以秒為單位，還需要將它除以常量 CLOCKS_PER_SEC 。

下面是一段代碼示例：

clock_t?time1?=?clock();
double?sum?=?0;
for(int?i?=?0;?i???sum? =?sqrt(i);
}
clock_t?time2?=?clock();

double?t?=?((double)(time2?-?time1))?/?CLOCKS_PER_SEC?;
cout?<"CLOCKS_PER_SEC:?"?<cout?<"Process?running?time:?"?<"s"?<其輸出如下：

CLOCKS_PER_SEC:?1000000
Process?running?time:?0.80067s
你可能知道，現(xiàn)代的操作系統(tǒng)上進(jìn)程都是分時占用處理器的，所以程序的處理器時間會小于真實世界流逝的時間。但這僅僅是對于單處理器而言的。在多處理器系統(tǒng)上，如果你的進(jìn)程使用了多線程，那么其所用的處理器時間可能比真實世界流逝的時間值還要大。

關(guān)于紀(jì)元時間

紀(jì)元時間（Epoch time）又叫做Unix時間或者POSIX時間。它表示自1970 年 1 月 1 日 00:00 UTC 以來所經(jīng)過的秒數(shù)（不考慮閏秒）。它在操作系統(tǒng)和文件格式中被廣泛使用。

這個想法很簡單：以一個時間為起點加上一個偏移量便可以表達(dá)任何一個其他的時間。

如果你好奇為什么選這個時間作為起點，可以點擊這里：Why is 1/1/1970 the “epoch time”?^[2]。

下面是一個代碼示例：

time_t?epoch_time?=?time(nullptr);
cout?<"Epoch?time:?"?<其輸出如下：

Epoch?time:?1577433897
time函數(shù)接受一個指針，指向要存儲時間的對象，通常可以傳遞一個空指針，然后通過返回值來接受結(jié)果。

雖然標(biāo)準(zhǔn)中沒有給出定義，但time_t通常使用整形值來實現(xiàn)。

作為一個程序員，你可能馬上會意識到整形的位數(shù)和溢出的問題。事實也剛好是這樣，在一些歷史實現(xiàn)上使用了32位有符號整數(shù)來實現(xiàn)time_t，其造成的結(jié)果就是：在2038-01-19 03:14:07^[3]這個時間點，這個值會溢出。

不過不用擔(dān)心太多，這個時間距現(xiàn)在還有將近20年，到那個時候，估計那些有問題的系統(tǒng)已經(jīng)不會再繼續(xù)運轉(zhuǎn)或者已經(jīng)被升級了。

計算時間差

在一些情況下，我們需要計算一個操作的時間長度。這自然的就需要計算兩個時間點的差分。這時就可以使用difftime函數(shù)。

事實上，我們知道time_t以秒級別表示紀(jì)元時間，并且它又是以整形實現(xiàn)的，直接將兩個time_t相減，可以得到相同的結(jié)果。

下面是一個代碼示例：

time_t?time1?=?time(nullptr);
double?sum?=?0;
for(int?i?=?0;?i???sum? =?sqrt(i);
}
time_t?time2?=?time(nullptr);

double?time_diff?=?difftime(time2,?time1);
cout?<"time1:?"?<cout?<"time2:?"?<cout?<"time_diff:?"?<"s"?<其輸出如下，可以看到這正是time1和time2兩個整數(shù)相減的結(jié)果：

time1:?1577434406
time2:?1577434414
time_diff:?8s


注意：time_t只精確到秒，它無法描述毫秒級別的時間，所以在有更高精度要求的情況下，需要使用下文提到的其他方法。

輸出時間和日期

當(dāng)然，我們還希望將時間以字符串的形式打印出來。這時就可以使用ctime函數(shù)。不過該函數(shù)打印的格式是固定的：Www Mmm dd hh:mm:ss yyyy\n。如果你希望自定義輸出的格式，可以使用下文提到的其他方法。

下面是一個代碼示例：

time_t?now?=?time(nullptr);
cout?<"Now?is:?"?<

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