Linux時間時區詳解與常用時間函數
時間與時區
整個地球分為二十四時區,每個時區都有自己的本地時間。
Ø UTC時間 與 GMT時間
我們可以認為格林威治時間就是時間協調時間(GMT = UTC),格林威治時間和UTC時間都用秒數來計算的。
Ø UTC時間與本地時間
UTC + 時區差 = 本地時間
時區差東為正,西為負。在此,把東八區時區差記為 +0800
UTC + (+0800) = 本地(北京)時間
Ø UTC與Unix時間戳記
在電腦中看到的UTC時間都是從(1970年01月01日 0:00:00)開始計算秒數的。所看到的UTC時間那就是從1970年這個時間點起到具體時間共有多少秒。 這個秒數就是Unix時間戳記。
time(取得目前的時間)
函數說明:
#include<time.h>
time_t time(time_t *t);
此函數會返回從公元1970年1月1日的UTC時間從0時0分0秒算起到現在所經過的秒數。如果t 並非null 指標的話,此函數也會將傳回值存到t指標所指的記憶體。
返回:成功則返回秒數,失敗則返回((time_t)-1)值,錯誤原因存於errno中。
代碼說明:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
int seconds = time(NULL);
printf("%d\n", seconds);
return 0;
}
執行結果:
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_time unixtime_time.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_time
1445008165
gmtime(取得目前時間和日期)
函數說明:
#include<time.h>
struct tm*gmtime(const time_t*timep);
gmtime()將參數timep所指的time_t結構中的資訊轉換成真實世界所使用的時間日期表示方法,然後將結果由結構tm返回。
結構tm的定義為:
struct tm
{
int tm_sec;
int tm_min;
int tm_hour;
int tm_mday;
int tm_mon;
int tm_year;
int tm_wday;
int tm_yday;
int tm_isdst;
};
int tm_sec 代表目前秒數,正常範圍為0-59,但允許至61秒
int tm_min 代表目前分數,範圍0-59
int tm_hour 從午夜算起的時數,範圍為0-23
int tm_mday 目前月份的日數,範圍01-31
int tm_mon 代表目前月份,從一月算起,範圍從0-11
int tm_year 從1900年算起至今的年數
int tm_wday 一星期的日數,從星期一算起,範圍為0-6
int tm_yday 從今年1月1日算起至今的天數,範圍為0-365
int tm_isdst 日光節約時間的旗標
此函數返回的時間日期未經時區轉換,而是UTC時間。
返回:結構tm代表目前UTC 時間
代碼說明:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
const char* wday[] = {"Sun","Mon","Tue","Wed","Thu","Fri","Sat"};
time_t timep;
struct tm* p;
time(&timep);
p = gmtime(&timep);
printf("curday = %d-%d-%d\n", (1900+p->tm_year), (1+p->tm_mon), p->tm_mday);
printf("curweek = %s, curtime = %d:%d:%d\n", wday[p->tm_wday], p->tm_hour, p->tm_min, p->tm_sec);
return 0;
}
結果說明:
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_gmtime unixtime_gmtime.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_gmtime
curday = 2015-10-16
curweek = Fri, curtime = 15:12:12
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -u
Fri Oct 16 15:12:13 UTC 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date
Fri Oct 16 23:12:16 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -R #這裡列印出時區資訊,北京為東八區
Fri, 16 Oct 2015 23:12:18 +0800
可以看到gmtime返回的時間日期未經過時區轉換,這裡和date列印的剛好差8小時(中國時區)。
ctime(將時間和日期以字串格式表示)
函數說明:
#include<time.h>
char *ctime(const time_t *timep);
ctime()將參數timep所指的time_t結構中的資訊轉換成真實世界所使用的時間日期表示方法,然後將結果以字串形態返回。若再調用相關的時間日期函數,此字串可能會被破壞。
代碼說明:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
time_t timep;
time(&timep);
printf("%s",ctime(&timep));
return 0;
}
結果說明:
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_ctime unixtime_ctime.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_ctime
Fri Oct 16 23:14:33 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date
Fri Oct 16 23:14:34 CST 2015
asctime(將時間和日期以字串格式表示)
函數說明:
#include<time.h>
char * asctime(const struct tm * timeptr);
asctime()將參數timeptr所指的tm結構中的資訊轉換成真實世界所使用的時間日期表示方法,然後將結果以字串形態返回。若再調用相關的時間日期函數,此字串可能會被破壞。此函數與ctime不同處在於傳入的參數是不同的結構。
代碼說明:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
time_t timep;
time(&timep);
printf("%s", asctime(gmtime(&timep)));
}
結果說明:
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_asctime unixtime_asctime.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_asctime
Fri Oct 16 15:15:54 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date
Fri Oct 16 23:15:55 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -u
Fri Oct 16 15:15:57 UTC 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -R
Fri, 16 Oct 2015 23:16:01 +0800
注意這裡struct tm結構的時間是通過gmtime返回的,因此也沒有經過時區轉換。
gettimeofday(取得目前的時間)
函數說明:
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
int gettimeofday ( struct timeval * tv , struct timezone * tz )
gettimeofday()會把目前的時間有tv所指的結構返回,當地時區的資訊則放到tz所指的結構中。
timeval結構定義為:
struct timeval {
long tv_sec; /*秒*/
long tv_usec; /*微秒*/
};
timezone結構定義為:
struct timezone {
int tz_minuteswest; /*和Greenwich 時間差了多少分鐘*/
int tz_dsttime; /*日光節約時間的狀態*/
};
上述兩個結構都定義在/usr/include/sys/time.h,tz_dsttime 所代表的狀態如下
DST_NONE /*不使用*/
DST_USA /*美國*/
DST_AUST /*澳洲*/
DST_WET /*西歐*/
DST_MET /*中歐*/
DST_EET /*東歐*/
DST_CAN /*加拿大*/
DST_GB /*大不列顛*/
DST_RUM /*羅馬尼亞*/
DST_TUR /*土耳其*/
DST_AUSTALT /*澳洲(1986年以後)*/
返回:成功則返回0,失敗返回-1,錯誤碼存於errno。
代碼說明:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
struct timeval tv;
struct timezone tz;
gettimeofday(&tv, &tz);
printf("tv_sec = %d, tv_usec = %d, tz_minuteswest = %d, tz_dsttime = %d\n",
tv.tv_sec, tv.tv_usec, tz.tz_minuteswest, tz.tz_dsttime) ;
return 0;
}
結果說明:
[root@VM_174_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_gettimeofday unixtime_gettimeofday.cpp
[root@VM_174_centos unixtime]# ./unixtime_gettimeofday
tv_sec = 1445008619, tv_usec = 699804, tz_minuteswest = -480, tz_dsttime = 0
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date
Fri Oct 16 23:17:00 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -u
Fri Oct 16 15:17:02 UTC 2015
這裡時區差是-480,也就是說明GMT比我們(中國時區)晚8小時。
localtime(取得當地目前時間和日期)
函數說明:
#include<time.h>
struct tm *localtime(const time_t * timep);
localtime()將參數timep所指的time_t結構中的資訊轉換成真實世界所使用的時間日期表示方法,然後將結果由結構tm返回。結構tm的定義請參考gmtime()。此函數返回的時間日期已經轉換成當地時區。
代碼說明:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
const char* wday[] = {"Sun","Mon","Tue","Wed","Thu","Fri","Sat"};
time_t timep;
struct tm* p;
time(&timep);
p = localtime(&timep);
printf("curday = %d-%d-%d\n", (1900+p->tm_year), (1+p->tm_mon), p->tm_mday);
printf("curweek = %s, curtime = %d:%d:%d\n", wday[p->tm_wday], p->tm_hour, p->tm_min, p->tm_sec);
return 0;
}
結果說明:
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_localtime unixtime_localtime.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_localtime
curday = 2015-10-16
curweek = Fri, curtime = 23:23:37
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_gmtime
curday = 2015-10-16
curweek = Fri, curtime = 15:23:37
這裡的結果跟gmtime的結果進行比較,可以看出,gmtime給出的是GMT標準時間,localtime給出的是根據時區轉換過的本地時間(這裡是北京時間,東八區,+0800)。
mktime(將時間結構資料轉換成經過的秒數)
函數說明:
time_t mktime(strcut tm * timeptr);
mktime()用來將參數timeptr所指的tm結構資料轉換成從公元1970年1月1日0時0分0秒算起至今的UTC時間所經過的秒數。
返回:返回經過的秒數。
代碼說明:
/*
* 用time()取得時間(秒數),利用localtime()
* 轉換成struct tm 再利用mktine()將struct tm轉換成原來的秒數
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
time_t timep;
struct tm* p;
time(&timep);
printf("time() = %d\n", timep);
p = localtime(&timep);
timep = mktime(p);
printf("time()->localtime()->mktime():%d\n", timep);
return 0;
}
結果說明:
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_mktime unixtime_mktime.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_mktime
time() = 1445010682
time()->localtime()->mktime():1445010682
settimeofday(設定目前時間)
函數說明:
#include<sys/time.h>
#include<unistd.h>
int settimeofday ( const struct timeval *tv,const struct timezone *tz);
settimeofday()會把目前時間設成由tv所指的結構資訊,當地時區資訊則設成tz所指的結構。詳細的說明請參考gettimeofday()。注意,只有root許可權才能使用此函數修改時間。
返回:成功則返回0,失敗返回-1,錯誤碼存於errno。
EPERM 並非由root許可權調用settimeofday(),許可權不夠。
EINVAL 時區或某個資料是不正確的,無法正確設定時間。
基於Linux整形時間的常用計算思路
本文基於Linux整形時間給出一些簡化的的常用計算思路,試圖從另外的角度去加強讀者對時間處理的理解,希望對您有所協助。
概述
在後台server 的開發中,經常需要基於日期、時間的比較、計算。類似的功能需求可能有:判斷今天是星期幾,判斷兩個時間是否在同一天,是否在同一周,判斷目前時間是否在每日的特定時段內等等。雖然有系統函數localtime()可以很好的擷取日期相關的詳細資料,但由於其擷取的資訊足夠詳細,以至於在某些特定的簡易功能上,使用localtime()實際上是有多餘的開銷。對於一些簡單的判斷,我們推薦採用更簡單、更原始、更易於理解的方式來實現。
計算思路
在Unix/Linux下,系統時間以time_t類型表示,本質上是一個整形數值,數值含義為從曆史上的一個基準點開始(格林威治時間1970年1月1日零點),至當前時刻持續的秒數。在Linux下,time_t被定義long類型,即有符號整型。
考慮到中國與格林威治的時區不同,對中國來說,時間的基準起始點是1970年1月1日早八點整。對於任意時區,time_t的表示規則可以由下圖表示。
如上,T0 = 0,表示起始時間;T1為即T0以後,第一天的零點時間;T2則表示第二天的零點時間;可以看出,對於不同時區,表示規律上的區別只是T1取值不同。從T1時刻開始,T1,T2,T3...,Tn是一個等差序列,公差為一天的時間秒數,記為D = 86400(60*60*24)。
對於任意一個時間,可以表示成:
t = T1 + k × D + m …. 公式1
其中T1是一個時區相關的常量,m為本天之內的秒數,k可以理解為曆史上的天數
經過變形可得出 k =(t - T1 - m) / D
由於m < D 可進一步簡化:
k = (t - T1) / D …. 公式2
k為t時刻所在當天,自T0開始的天數。
對於時刻t,其所在當天零點的時間:
tz = T1 +(t - T1) / D × D …. 公式3
tz為 t時刻所在當天零點時間。
基於公式2我們可以判斷任意兩個時刻t1,t2是否是同一天,基於公式3我們可以求出時刻t1在所在當天所處的時段。基於這兩個公式我們還可以擴充更多的相關於天的日期計算,而很容易看出,公式所使用的計算僅僅為整數數值運算而已。
對於星期的計算,我們可以仿造上面的思路。所不同的只有T1的取值為第一個星期的起始時間,如周一的早上零點時刻;D的取值為一周的秒數604800(86400*7)。
通過任意時刻t,我們可以求出其所在當前的零點時間,可以求出所在星期的開始時間,再通過簡單的比較,也很容易實現計算出當天星期幾等一些相關的擴充,在此不再一一贅述。
常用函數實現
//擷取tNow時間的當天零點時間值,零點作為一天的第一秒
time_t GetTodayZeroTime(time_t tNow)
{
return ( ( (tNow - 57600)/86400 )*86400 + 57600 );
}
//判斷兩個時間是否在同一天, 一天的概念為00:00:00到23:59:59
bool IsInSameDay(time_t tTm1, time_t tTm2)
{
return ( (tTm1 - 57600) / 86400 == (tTm2 - 57600) / 86400 );
}
//擷取tNow時間所在這一周的開始時間,即這周周一的0點0分0秒
//計算思路,1980-01-07是周一,這一天0點的整形時間為316022400(按中國時區)
time_t GetWeekBeginTime(time_t tNow)
{
return ( (tNow - 316022400) / 604800 * 604800 + 316022400 );
}
//擷取tNow時間所在這一周的結束時間,即這周周日的23點59分59秒
time_t GetWeekEndTime(time_t tNow)
{
return ( (tNow - 316022400) / 604800 * 604800 + 316627199 ); //316022400 + 604800 - 1 );
}
//判斷兩個時間是否在同一周, 一周的概念為周一的00:00:00到周日的23:59:59
bool IsInSameWeek(time_t tTm1, time_t tTm2)
{
return ( (tTm1 - 316022400) / 604800 == (tTm2 - 316022400) / 604800 );
}
代碼講解
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
time_t GetTodayZeroTime(time_t tNow)
{
return ( ( (tNow - 57600)/86400 )*86400 + 57600 );
}
bool IsInSameDay(time_t tTm1, time_t tTm2)
{
return ( (tTm1 - 57600) / 86400 == (tTm2 - 57600) / 86400 );
}
bool IsInSameWeek(time_t tTm1, time_t tTm2)
{
return ( (tTm1 - 316022400) / 604800 == (tTm2 - 316022400) / 604800 );
}
time_t GetWeekBeginTime(time_t tNow)
{
return ( (tNow - 316022400) / 604800 * 604800 + 316022400 );
}
time_t GetWeekEndTime(time_t tNow)
{
return ( (tNow - 316022400) / 604800 * 604800 + 316627199 ); //316022400 + 604800 - 1 );
}
int main(int argc, char** argv)
{
time_t currtime, one_hour_after, one_day_after, one_week_after;
time(&currtime);
one_hour_after = currtime + 3600; // 1小時之後
one_day_after = currtime + 86400; // 1天之後
one_week_after = currtime + 604800; // 1周之後
printf("Today zero time ==> %d\n", GetTodayZeroTime(currtime));
printf("Week begin time ==> %d\n", GetWeekBeginTime(currtime));
printf("Week end time ==> %d\n", GetWeekEndTime(currtime));
printf("Is in same day ==> (currtime|one_hour_after = %d), (currtime|one_day_after = %d)\n",
IsInSameDay(currtime, one_hour_after), IsInSameDay(currtime, one_day_after));
printf("Is in same week ==> (currtime|one_week_after = %d), (one_day_after|one_week_after = %d)\n",
IsInSameWeek(currtime, one_week_after), IsInSameWeek(one_day_after, one_week_after));
return 0;
}
結果說明
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_simplify unixtime_simplify.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_simplify
Today zero time ==> 1445097600
Week begin time ==> 1444579200
Week end time ==> 1445183999
Is in same day ==> (currtime|one_hour_after = 1), (currtime|one_day_after = 0)
Is in same week ==> (currtime|one_week_after = 0), (one_day_after|one_week_after = 1)
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date
Sun Oct 18 13:17:37 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -d @1445097600
Sun Oct 18 00:00:00 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -d @1444579200
Mon Oct 12 00:00:00 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -d @1445183999
Sun Oct 18 23:59:59 CST 2015
應用舉例
在一些活動、任務邏輯中,常常會需要一個類似自然日內統計的數值,過了一天則數值清零。
對於這種需求,我們通常是以 [數值,更新時間] 來表示,在訪問時刻進行時間比較,超過時效則清零。以按自然日清零規則來舉例,即是在GetValue(), AddValue()時,判斷數值的上次更新時間t_upd, 如果IsInSameDay(t_upd, t_now)則當前數值依然有效,否則清零數值後再進行相關操作。每次修改數值時都將t_upd更新成當前時刻。
國際化考慮
對於不同時區,公式的區別僅僅在於T1的取值,公式的形式和使用並不需要變化。
一種方式是將T1定義成宏,在國際化時對不同時區的版本,使用不同的T1數值。
另一種方式是將T1定義成全域變數,並在server啟動時使用系統的localtime()函數,將T1按當地時區進行合適的初始化取值。
不適用於年、月的規則
由於每年的天數、每個月的天數不是固定不變的,所以本文的計算思路不適用於每月幾號這樣的時間點的判斷,基於以往的經驗,特定月份特定日期的功能需求並不是很普遍,對於這些功能還是使用localtime()函數來的方便一些。