时间相关的函数

C/C++中的日期和时间

撰文/周翔


摘要：
本文从介绍基础概念入手，探讨了在C/C++中对日期和时间操作所用到的数据结构和函数，并对计时、时间的获取、时间的计算和显示格式等方面进行了阐述。本文还通过大量的实例向你展示了time.h头文件中声明的各种函数和数据结构的详细使用方法。

关键字：UTC（世界标准时间），Calendar Time（日历时间），epoch（时间点），clock tick（时钟计时单元）

1．概念
在C/C++中，对字符串的操作有很多值得注意的问题，同样，C/C++对时间的操作也有许多值得大家注意的地方。最近，在技术群中有很多网友也多次问到过C++语言中对时间的操作、获取和显示等等的问题。下面，在这篇文章中，笔者将主要介绍在C/C++中时间和日期的使用方法.

通过学习许多C/C++库，你可以有很多操作、使用时间的方法。但在这之前你需要了解一些“时间”和“日期”的概念，主要有以下几个：

Coordinated Universal Time（UTC）：协调世界时，又称为世界标准时间，也就是大家所熟知的格林威治标准时间（Greenwich Mean Time，GMT）。比如，中国内地的时间与UTC的时差为+8，也就是UTC+8。美国是UTC-5。

Calendar Time：日历时间，是用“从一个标准时间点到此时的时间经过的秒数”来表示的时间。这个标准时间点对不同的编译器来说会有所不同，但对一个编译系统来说，这个标准时间点是不变的，该编译系统中的时间对应的日历时间都通过该标准时间点来衡量，所以可以说日历时间是“相对时间”，但是无论你在哪一个时区，在同一时刻对同一个标准时间点来说，日历时间都是一样的。

epoch：时间点。时间点在标准C/C++中是一个整数，它用此时的时间和标准时间点相差的秒数（即日历时间）来表示。

clock tick：时钟计时单元（而不把它叫做时钟滴答次数），一个时钟计时单元的时间长短是由CPU控制的。一个clock tick不是CPU的一个时钟周期，而是C/C++的一个基本计时单位。

我们可以使用ANSI标准库中的time.h头文件。这个头文件中定义的时间和日期所使用的方法，无论是在结构定义，还是命名，都具有明显的C语言风格。下面，我将说明在C/C++中怎样使用日期的时间功能。

2． 计时

C/C++中的计时函数是clock()，而与其相关的数据类型是clock_t。在MSDN中，查得对clock函数定义如下：

clock_t clock( void );

这个函数返回从“开启这个程序进程”到“程序中调用clock()函数”时之间的CPU时钟计时单元（clock tick）数，在MSDN中称之为挂钟时间（wal-clock）。其中clock_t是用来保存时间的数据类型，在time.h文件中，我们可以找到对它的定义：

#ifndef _CLOCK_T_DEFINED
typedef long clock_t;
#define _CLOCK_T_DEFINED
#endif

很明显，clock_t是一个长整形数。在time.h文件中，还定义了一个常量CLOCKS_PER_SEC，它用来表示一秒钟会有多少个时钟计时单元，其定义如下：

#define CLOCKS_PER_SEC ((clock_t)1000)

可以看到每过千分之一秒（1毫秒），调用clock（）函数返回的值就加1。下面举个例子，你可以使用公式clock()/CLOCKS_PER_SEC来计算一个进程自身的运行时间：

void elapsed_time()
{
printf("Elapsed time:%u secs.\n",clock()/CLOCKS_PER_SEC);
}

当然，你也可以用clock函数来计算你的机器运行一个循环或者处理其它事件到底花了多少时间：

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

int main( void )
{
   long    i = 10000000L;
   clock_t start, finish;
   double  duration;
   /* 测量一个事件持续的时间*/
   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");
}

在笔者的机器上，运行结果如下：

Time to do 10000000 empty loops is 0.03000 seconds

上面我们看到时钟计时单元的长度为1毫秒，那么计时的精度也为1毫秒，那么我们可不可以通过改变CLOCKS_PER_SEC的定义，通过把它定义的大一些，从而使计时精度更高呢？通过尝试，你会发现这样是不行的。在标准C/C++中，最小的计时单位是一毫秒。

3．与日期和时间相关的数据结构

在标准C/C++中，我们可通过tm结构来获得日期和时间，tm结构在time.h中的定义如下：

#ifndef _TM_DEFINED
struct tm {
        int tm_sec;     /* 秒 – 取值区间为[0,59] */
        int tm_min;     /* 分 - 取值区间为[0,59] */
        int tm_hour;    /* 时 - 取值区间为[0,23] */
        int tm_mday;    /* 一个月中的日期 - 取值区间为[1,31] */
        int tm_mon;     /* 月份（从一月开始，0代表一月） - 取值区间为[0,11] */
        int tm_year;    /* 年份，其值等于实际年份减去1900 */
        int tm_wday;    /* 星期 – 取值区间为[0,6]，其中0代表星期天，1代表星期一，以此类推 */
        int tm_yday;    /* 从每年的1月1日开始的天数 – 取值区间为[0,365]，其中0代表1月1日，1代表1月2日，以此类推 */
        int tm_isdst;   /* 夏令时标识符，实行夏令时的时候，tm_isdst为正。不实行夏令时的进候，tm_isdst为0；不了解情况时，tm_isdst()为负。*/
        };
#define _TM_DEFINED
#endif

ANSI C标准称使用tm结构的这种时间表示为分解时间(broken-down time)。

而日历时间（Calendar Time）是通过time_t数据类型来表示的，用time_t表示的时间（日历时间）是从一个时间点（例如：1970年1月1日0时0分0秒）到此时的秒数。在time.h中，我们也可以看到time_t是一个长整型数：

#ifndef _TIME_T_DEFINED
typedef long time_t;         /* 时间值 */
#define _TIME_T_DEFINED      /* 避免重复定义 time_t */
#endif

大家可能会产生疑问：既然time_t实际上是长整型，到未来的某一天，从一个时间点（一般是1970年1月1日0时0分0秒）到那时的秒数（即日历时间）超出了长整形所能表示的数的范围怎么办？对time_t数据类型的值来说，它所表示的时间不能晚于2038年1月18日19时14分07秒。为了能够表示更久远的时间，一些编译器厂商引入了64位甚至更长的整形数来保存日历时间。比如微软在Visual C++中采用了__time64_t数据类型来保存日历时间，并通过_time64()函数来获得日历时间（而不是通过使用32位字的time()函数），这样就可以通过该数据类型保存3001年1月1日0时0分0秒（不包括该时间点）之前的时间。

在time.h头文件中，我们还可以看到一些函数，它们都是以time_t为参数类型或返回值类型的函数：

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还提供了两种不同的函数将日历时间（一个用time_t表示的整数）转换为我们平时看到的把年月日时分秒分开显示的时间格式tm：

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

通过查阅MSDN，我们可以知道Microsoft C/C++ 7.0中时间点的值（time_t对象的值）是从1899年12月31日0时0分0秒到该时间点所经过的秒数，而其它各种版本的Microsoft C/C++和所有不同版本的Visual C++都是计算的从1970年1月1日0时0分0秒到该时间点所经过的秒数。