撰文/周翔


摘要：
本文從介紹基礎(chǔ)概念入手，探討了在C/C++中對日期和時間操作所用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)，并對計時、時間的獲取、時間的計算和顯示格式等方面進(jìn)行了闡述。本文還通過大量的實例向你展示了time.h頭文件中聲明的各種函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)使用方法。

關(guān)鍵字：UTC（世界標(biāo)準(zhǔn)時間），Calendar Time（日歷時間），epoch（時間點），clock tick（時鐘計時單元）

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、使用時間的方法。但在這之前你需要了解一些“時間”和“日期”的概念，主要有以下幾個：

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

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

epoch：時間點。時間點在標(biāo)準(zhǔn)C/C++中是一個整數(shù)，它用此時的時間和標(biāo)準(zhǔn)時間點相差的秒數(shù)（即日歷時間）來表示。

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

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

2． 計時

C/C++中的計時函數(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 );

這個函數(shù)返回從“開啟這個程序進(jìn)程”到“程序中調(diào)用clock()函數(shù)”時之間的CPU時鐘計時單元（clock tick）數(shù)，在MSDN中稱之為掛鐘時間（wal-clock）。其中clock_t是用來保存時間的數(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是一個長整形數(shù)。在time.h文件中，還定義了一個常量CLOCKS_PER_SEC，它用來表示一秒鐘會有多少個時鐘計時單元，其定義如下：

#define CLOCKS_PER_SEC ((clock_t)1000)

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。下面舉個例子，你可以使用公式clock()/CLOCKS_PER_SEC來計算一個進(jìn)程自身的運(yùn)行時間：

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)來計算你的機(jī)器運(yùn)行一個循環(huán)或者處理其它事件到底花了多少時間：

#include “stdio.h”
#include “stdlib.h”
#include “time.h”

int main( void )
{
   long    i = 10000000L;
   clock_t start, finish;
   double  duration;
   /* 測量一個事件持續(xù)的時間*/
   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

上面我們看到時鐘計時單元的長度為1毫秒，那么計時的精度也為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，從而使計時精度更高呢？通過嘗試，你會發(fā)現(xiàn)這樣是不行的。在標(biāo)準(zhǔn)C/C++中，最小的計時單位是一毫秒。

3．與日期和時間相關(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 - 取值區(qū)間為[0,23] */
        int tm_mday;    /* 一個月中的日期 - 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;   /* 夏令時標(biāo)識符，實行夏令時的時候，tm_isdst為正。不實行夏令時的進(jìn)候，tm_isdst為0；不了解情況時，tm_isdst()為負(fù)。*/
        };
#define _TM_DEFINED
#endif

ANSI C標(biāo)準(zhǔn)稱使用tm結(jié)構(gòu)的這種時間表示為分解時間(broken-down time)。

而日歷時間（Calendar Time）是通過time_t數(shù)據(jù)類型來表示的，用time_t表示的時間（日歷時間）是從一個時間點（例如：1970年1月1日0時0分0秒）到此時的秒數(shù)。在time.h中，我們也可以看到time_t是一個長整型數(shù)：

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

大家可能會產(chǎn)生疑問：既然time_t實際上是長整型，到未來的某一天，從一個時間點（一般是1970年1月1日0時0分0秒）到那時的秒數(shù)（即日歷時間）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，它所表示的時間不能晚于2038年1月18日19時14分07秒。為了能夠表示更久遠(yuǎn)的時間，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)類型來保存日歷時間，并通過_time64()函數(shù)來獲得日歷時間（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0分0秒（不包括該時間點）之前的時間。

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)將日歷時間（一個用time_t表示的整數(shù)）轉(zhuǎn)換為我們平時看到的把年月日時分秒分開顯示的時間格式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中時間點的值（time_t對象的值）是從1899年12月31日0時0分0秒到該時間點所經(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++都是計算的從1970年1月1日0時0分0秒到該時間點所經(jīng)過的秒數(shù)。

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

4.1 獲得日歷時間

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

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

運(yùn)行的結(jié)果與當(dāng)時的時間有關(guān)，我當(dāng)時運(yùn)行的結(jié)果是：

The Calendar Time now is 1122707619

其中1122707619就是我運(yùn)行程序時的日歷時間。即從1970年1月1日0時0分0秒到此時的秒數(shù)。

4.2 獲得日期和時間

這里說的日期和時間就是我們平時所說的年、月、日、時、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名為tm的結(jié)構(gòu)體中，那么如何將一個日歷時間保存為一個tm結(jié)構(gòu)的對象呢？

其中可以使用的函數(shù)是gmtime()和localtime()，這兩個函數(shù)的原型為：

struct tm * gmtime(const time_t *timer);                                          
struct tm * localtime(const time_t * timer);

其中g(shù)mtime()函數(shù)是將日歷時間轉(zhuǎn)化為世界標(biāo)準(zhǔn)時間（即格林尼治時間），并返回一個tm結(jié)構(gòu)體來保存這個時間，而localtime()函數(shù)是將日歷時間轉(zhuǎn)化為本地時間。比如現(xiàn)在用gmtime()函數(shù)獲得的世界標(biāo)準(zhǔn)時間是2005年7月30日7點18分20秒，那么我用localtime()函數(shù)在中國地區(qū)獲得的本地時間會比世界標(biāo)準(zhǔn)時間晚8個小時，即2005年7月30日15點18分20秒。下面是個例子：

#include "time.h"
#include "stdio.h"
int main(void)
{
struct tm *local;
time_t t;
t=time(NUL);
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 固定的時間格式

我們可以通過asctime()函數(shù)和ctime()函數(shù)將時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。返回的時間格式為：

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

其中\(zhòng)n是一個換行符，\0是一個空字符，表示字符串結(jié)束。下面是兩個函數(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間信息的字符串，而ctime()是通過日歷時間來生成時間字符串。這樣的話，asctime（）函數(shù)只是把tm結(jié)構(gòu)對象中的各個域填到時間字符串的相應(yīng)位置就行了，而ctime（）函數(shù)需要先參照本地的時間設(shè)置，把日歷時間轉(zhuǎn)化為本地時間，然后再生成格式化后的字符串。在下面，如果t是一個非空的time_t變量的話，那么：

printf(ctime(&t));

等價于：

struct tm *ptr;
ptr=localtime(&t);
printf(asctime(ptr));

那么，下面這個程序的兩條printf語句輸出的結(jié)果就是不同的了（除非你將本地時區(qū)設(shè)為世界標(biāo)準(zhǔn)時間所在的時區(qū)）：

#include "time.h"
#include "stdio.h"
int main(void)
{
struct tm *ptr;
time_t lt;
lt =time(NUL);
ptr=gmtime(&lt);
printf(asctime(ptr));
printf(ctime(&lt));
return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

Sat Jul 30 08:43:03 2005
Sat Jul 30 16:43:03 2005

4.4 自定義時間格式

我們可以使用strftime（）函數(shù)將時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中保存的時間信息放在strDest指向的字符串中，最多向strDest中存放maxsize個字符。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()：識別以百分號(%)開始的格式命令集合，格式化輸出結(jié)果放在一個字符串中。格式化命令說明串strDest中各種日期和時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小時制的小時
%I 12小時制的小時
%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 十時制表示的分鐘數(shù)
%n 新行符
%p 本地的AM或PM的等價顯示
%r 12小時的時間
%R 顯示小時和分鐘：hh:mm
%S 十進(jìn)制的秒數(shù)
%t 水平制表符
%T 顯示時分秒：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)部分的十進(jìn)制年份
%z，%Z 時區(qū)名稱，如果不能得到時區(qū)名稱則返回空字符。
%% 百分號

如果想顯示現(xiàn)在是幾點了，并以12小時制顯示，就象下面這段程序：

#include “time.h”
#include “stdio.h”
int main(void)
{
struct tm *ptr;
time_t lt;
char str[80];
lt=time(NUL);
ptr=localtime(&lt);
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：

#include <stdio.h>
#include <time.h>

void main( void )
{
        struct tm *newtime;
        char tmpbuf[128];
        time_t lt1;
        time( &lt1 );
        newtime=localtime(&lt1);
        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 計算持續(xù)時間的長度

有時候在實際應(yīng)用中要計算一個事件持續(xù)的時間長度，比如計算打字速度。在第1節(jié)計時部分中，我已經(jīng)用clock函數(shù)舉了一個例子。Clock()函數(shù)可以精確到毫秒級。同時，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)返回的以秒計算的時間間隔是double類型的，但這并不說明該時間具有同double一樣的精確度，這是由它的參數(shù)覺得的（time_t是以秒為單位計算的）。比如下面一段程序：

#include "time.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
int main(void)
{
time_t start,end;
start = time(NUL);
system("pause");
end = time(NUL);
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，暫停的時間并不那么巧是整整2秒鐘。其實，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 分解時間轉(zhuǎn)化為日歷時間

這里說的分解時間就是以年、月、日、時、分、秒等分量保存的時間結(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)表示的時間轉(zhuǎn)化為日歷時間。其函數(shù)原型如下：

time_t mktime(struct tm * timeptr);

其返回值就是轉(zhuǎn)化后的日歷時間。這樣我們就可以先制定一個分解時間，然后對這個時間進(jìn)行操作了，下面的例子可以計算出1997年7月1日是星期幾：

#include "time.h"
#include "stdio.h"
#include "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)在之前的任何時間呢？你可以通過這種辦法算出1945年8月15號是星期幾嗎？答案是否定的。因為這個時間在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)行時會異常終止。

5．總結(jié)

本文介紹了標(biāo)準(zhǔn)C/C++中的有關(guān)日期和時間的概念，并通過各種實例講述了這些函數(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)。

參考文獻(xiàn)

[1] 標(biāo)準(zhǔn)C++程序設(shè)計教程，電子工業(yè)出版社，2003。
[2] MSDN Library， Microsoft Corporation，2003。