Linux時間時區、常用時間函數、整形時間計算思路詳解

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。