C/C++中的日期和時間
這是一篇轉載的文章，以備日後檢視
摘要：
本文從介紹基礎概念入手，探討了在C/C++中對日期和時間操作所用到的資料結構和函式，並對計時、時間的獲取、時間的計算和顯示格式等各方面進行了闡述。本文還通過大量的例項向你展示了time.h標頭檔案中宣告的各種函式和資料結構的詳細使用方法。
關鍵字：UTC(世界標準時間)，Calendar Time（日曆時間），epoch（時間點），clock tick（時鐘計時單元）
1、概念
在C/C++中，對字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，在技術群中有很多的網友也多次問道過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。
通過學習許多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）：協調世界時，又稱世界標準時間，也就是大家所熟知的格林威治標準時間（Greenwich Mean Tim，GMT）。比如，中國內地的時間與UTC的時差為+8，也就是UTC+8。每個是UTC-5
Calendar Time：日曆時間，是用“從一個標準時間點到此時的時間點經過的秒數”來表示的時間。這個標準時間點對不同的編譯器來說會有所不同，但是對一個編譯系統來說，這個標準時間點是不變的，該編譯系統中的時間對應的日曆時間都通過該標準時間點來衡量，所以可以說日曆時間是“相對時間”，但是無論你在哪一個時區，在同一時刻對同一個標準時間點來說，日曆時間都是一樣的。
epoch：時間點。時間點在標準C/C++中是一個整數，它用此時的時間和標準時間點相差的秒數（即日曆時間）來表示。
clock tick：時鐘計時單元（而不把它叫做時鐘滴答次數），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的一個時鐘週期，而是C/C++的一個基本計時單位
我們可以使用ANSI標準庫中的time.h標頭檔案。這個標頭檔案中定義的時間和日期所使用的方法，無論是結構定義還是命名，都具有明顯的C語言風格。下面，我將說明在C/C++中怎樣使用日期和時間功能。
2、計時
C/C++中的計時函式是clock()，而與其相關的資料型別是clock_t。在MSDN中，查得對clock函式的定義如下：
clock_t clock(void);
這個函式返回從“開啟這個程式程序”到“程式中呼叫clock()函式”時之間的CPU時鐘計時單元（clock tick）數，在MSDN中稱之為“掛鐘時間”（wal-clock）。其中clock_t是用來儲存時間的資料型別，在time.h檔案中，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是一個長整型數。在time.h檔案中，還定義了一個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 1000
可以看到每過千分之一秒（即1毫秒），呼叫clock()函式返回的值就加1。下面舉個例子，你可以使用公式clock()/CLOCKS_PER_SEC來計算一個程序自身的執行時間：
void elapsed_time() {
printf("Elapsed time:%u secs.\n", clock()/CLOCKS_PER_SEC);
}
當然，你也可以用clock函式來計算你的機器執行一個迴圈或者其他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");
}在筆者的機器上，執行結果如下：Time to do 10000000 empty loops is 0.437000 seconds
上面我們看到時鐘計時單元的長度為1毫秒，那麼計時的精度也為1毫秒，那麼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哪？通過嘗試，你會發現這樣是不行的。在標準C/C++中，最小的計時單位是1毫秒
3、與日期和時間有關的資料結構
在標準C/C++中，我們可以通過tm結構來獲得日期和時間，tm結構在time.h中的定義如下：
#ifndef _TM_DEFINED
struct tm {
int tm_sec; /* 秒 - 取值區間為[0,59] */
int tm_min; /* 分 - 取值區間為[0,59] */
int tm_hour; /* 時 - 取值區間為[0,23] */
int tm_mday; /* 一個月中的日期 - 取值區間為[1,31] */
int tm_mon; /* 月份（從一月開始，0代表一月） - 取值區間為[0,11] */
int tm_year; /* 年份，其值等於實際年份減去1900 */
int tm_wday; /* 星期 - 取值區間為[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，取值區間為[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; /* 夏令時識別符號，實現夏令時的時候為正，不實現的時候為0；不瞭解情況時為負 */
};
#define _TM_DEFINED
#endif而日曆時間是通過time_t資料型別來表示的，用time_t表示的時間（日曆時間）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。在time.h中，我們也可以看到time_t是個長整型數
#ifndef _TIME_T_DEFINED
typedef long time_t; /* 時間值 */
#define _TIME_T_DEFINED /* 避免重複定義 time_t */
#endif在time.h標頭檔案中，我們還可以看到一些函式，它們都是以time_t為引數型別或返回值型別的函式：
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 * tmer);
此外，time.h還提供了兩種不同的函式將日曆時間（一個用time_t表示的整數）轉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：
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物件的值）是從1899年12月31日0時0分0秒到該時間點所經過的秒數，而其他各種版本的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秒到該時間點所經過的秒數。
4、與日期和時間相關的函式及應用
在本節，我將向大家展示怎樣利用time.h中宣告的函式對時間進行操作。這些操作包括取當前時間、計算時間間隔、以不同的形式顯示時間等內容。
4.1 獲得日曆時間
我們可以通過time()函式來獲得日曆時間，其原型為：
time_t time(time_t * timer);
如果已經聲明瞭引數，可以從引數timer返回現在的日曆時間，同時也可以通過返回值返回現在的日曆時間，即從一個時間點（例如：1970年1月1日0時0分0秒）到現在的秒數。如果引數為空（NULL），函式將只通過返回值返回現在的日曆時間，比如下面這個例子用來顯示當前的日曆時間：
#include "time.h"
#include "stdio.h"
int main(void)
{
time_t lt;
lt = time(NUL);
printf("The Calendar Time now is %d\n",lt);
return 0;
}其中1122707619就是我執行程式時的日曆時間，即從1970年1月1日0時0分0秒到此時的秒數
4.2 獲得日期和時間
這裡所說的日期和時間就是我們平時所說的年月日時分秒等資訊。從第二節我們已經知道這些資訊儲存在一個名為tm的結構體中，那麼如何將一個日曆時間儲存為一個tm結構的物件呢？
其中可以使用的函式是gmtime()和localtime()，這兩個函式的原型為：
struct tm * gmtime(const time_t * timer);
struct tm* localtime(const time_t *timer);
其中gmtime()函式是將日曆時間轉化為世界標準時間，並返回一個tm結構體來儲存這個時間，而localtime()函式是將日曆時間轉化為本地時間。比如現在用gmtime()函式獲得的世界標準時間是2005年7月30日7點18分20秒，那麼用localtime()函式在中國地區獲得的本地時間會比世界標準時間晚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;
}
執行結果是：
Local hour is: 15
UTC hour is: 74.3 固定的時間格式
我們可以通過asctime()函式將時間以固定的格式顯示出來，兩者的返回值都是char*型別的字串。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 2015\n\0
其中\n是一個換行符，\0是一個空字元，表示字串結束。下面是兩個函式的原型
char * asctime(const struct tm* timeptr);
char* ctime(const time_t * timer);
其中asctime()函式是通過tm結構體來生成具有固定格式的儲存時間資訊的字串，而ctime()函式是通過日曆時間來生成時間字串。這樣的話，asctime()函式只是把tm結構物件中的各個域填到時間字串相應的位置就行了，而ctime()函式需要先參照本地時間的設定把日曆時間轉化為本地時間，然後再生成格式化的字串。在下面，如果t是一個飛空的time_t變數的話，那麼：
printf(ctime(&t));
等價於：
struct tm *ptr;
ptr = localtime(&t);
printf(asctime(ptr));
那麼，下面這個程式的兩條printf語句輸出的結果就是不同的了（除非你將本地時區設為世界標準時間所在的時區）
#include "time.h"
#include "stdio.h"
int main(void)
{
struct tm *ptr;
time_t lt;
lt = time(NULL);
ptr=gmtime(<);
printf(asctime(ptr));
printf(ctime(<));
return 0;
}
執行結果：
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()函式將時間格式轉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
);函式strftime()的操作有些類似於sprintf()：識別以百分號(%)開始的格式命令集合，格式化輸出結果放在一個字串中。格式化命令指明串strDest中各種日期和時間資訊的確切表示方法。格式串中的其他字元被原樣放進串中。格式命令列如下，它們是區分大小寫的。
%a 星期幾的簡寫
%A 星期幾的全稱
%b 月份的簡寫
%B 月份的全稱
%c 標準的日期的時間串
%C 年份的後兩位數字
%d 十進位制表示的每月的第幾天
%D 月/天/年
%e 在兩字元域中，十進位制表示的每月的第幾天
%F 年-月-日
%g 年份的後兩位數字，使用基於周的年
%G 年份，使用基於周的年
%h 簡寫的月份名
%H 24小時制的小時
%I 12小時制的小時
%j 十進位制表示的每年的第幾天
%m 十進位制表示的月份
%M 十進位制表示的分鐘數
%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 十進位制的秒數
%t 水平製表符
%T 小時時分秒 hh:mm:ss
%u 每週的第幾天，星期一為第一天（值從0到6，星期一為0）
%U 每年的第幾周，把星期日作為第一天
%V 每年的第幾周，基於使用周的年
%w 十進位制表示的星期幾（值從0到6，星期天為0）
%W每年的第幾周，把星期一作為第一天（值從0到53）
%x 標準的日期串
%X 標準的時間串
%y 不帶世紀的十進位制年份（值從0到99）、
%Y 帶世紀部分的十進位制年份
%z，%Z 時區名稱，如果不能得到時區名稱則返回空字元
%% 百分號
4.5 計算持續時間的長度
有時候在實際應用中要計算一個事件持續的時間長度，比如計算打字速度。在第1節計時部分中，我們已經用clock()函式舉了一個例子。clock()函式可以精確到毫秒級。同時，我們也可以使用difftime()函式，但是它只能精確到秒。該函式的定義如下：
double difftime(time_t time1, time_t time0);
雖然該函式返回的以秒計算的時間間隔是double型別的，但是這並不意味著該時間具有double一樣的精度，這是由它的引數決定的（time_t是以秒為單位計算的）。
4.6 分解時間轉化為日曆時間
這裡說的分解時間就是以年月日時分秒等分量儲存的時間結構，在C/C++中是tm結構。我們可以使用mktime()函式將用tm結構表示的時間轉化為日曆時間。
其函式原型如下：
time_t mktime(struct tm *timeptr);
其返回值就是轉化後的日曆時間。這樣我們就可以先指定一個分解時間，然後對這個時間進行操作了，下面的例子也可以計算出1997年7月1日是星期幾：
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;
}
執行結果：
Tue Jul 01 00:00:01 19975. 總結
本文介紹了標準C/C++中的有關日期和時間的概念，並通過各種例項講述了這些函式和資料結構使用方法。筆者認為，和時間有關的一些概念是相當重要的，理解這些概念是理解各種時間格式轉換的基礎，更是應用這些函式和資料結構的基礎。
參考文獻
[1] 標準C++程式設計教程，電子工業出版社，2003。
[2] MSDN Library Microsoft Corporation 2003。