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推薦關注↓

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?。?span>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)返回自紀元起計的系統(tǒng)當前時間
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)轉換 time_t 對象為文本表示
char* asctime(const std::tm* time_ptr)轉換 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轉換成UTC表示的時間
std::tm* localtime(const std::time_t *time)將time_t轉換成本地時間
std::time_t mktime(std::tm* time)將tm格式的時間轉換成time_t表示的時間

數(shù)據(jù)類型

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

結構梳理

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:

img
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)能返回相應類型的結果。

  • clock函數(shù)是相對獨立的一個函數(shù),它返回進程運行的時間,具體描述見下文。
  • time_t描述了紀元時間,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結構,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)。

進程運行時間

clock函數(shù)返回進程迄今為止所用的處理器時間。單獨調度該函數(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。

該值表示了進程從關聯(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。

關于紀元時間

紀元時間(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??梢詡鬟f一個空指針,然后通過返回值來接受結果。

雖然標準中沒有給出定義,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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