c/c++獲取系統(tǒng)時(shí)間函數(shù)的方法示例
概念
在C/C++中,對(duì)字符串的操作有很多值得注意的問題,同樣,C/C++對(duì)時(shí)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(duì)時(shí)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(shí)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(shí)間的方法。但在這之前你需要了解一些“時(shí)間”和“日期”的概念,主要有以下幾個(gè): Coordinated Universal Time(UTC):協(xié)調(diào)世界時(shí),又稱為世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,也就是大家所熟知的格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(Greenwich Mean Time,GMT)。比如,中國內(nèi)地的時(shí)間與UTC的時(shí)差為+8,也就是UTC+8。美國是UTC-5。 Calendar Time:日歷時(shí)間,是用“從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)到此時(shí)的時(shí)間經(jīng)過的秒數(shù)”來表示的時(shí)間。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)對(duì)不同的編譯器來說會(huì)有所不同,但對(duì)一個(gè)編譯系統(tǒng)來說,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)是不變的,
該編譯系統(tǒng)中的時(shí)間對(duì)應(yīng)的日歷時(shí)間都通過該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)來衡量,所以可以說日歷時(shí)間是“相對(duì)時(shí)間”,但是無論你在哪一個(gè)時(shí)區(qū),在同一時(shí)刻對(duì)同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)來說,日歷時(shí)間都是一樣的。 epoch:時(shí)間點(diǎn)。時(shí)間點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)C/C++中是一個(gè)整數(shù),它用此時(shí)的時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)相差的秒數(shù)(即日歷時(shí)間)來表示。
clock tick:時(shí)鐘計(jì)時(shí)單元(而不把它叫做時(shí)鐘滴答次數(shù)),一個(gè)時(shí)鐘計(jì)時(shí)單元的時(shí)間長短是由CPU控制的。 一個(gè)clock tick不是CPU的一個(gè)時(shí)鐘周期,而是C/C++的一個(gè)基本計(jì)時(shí)單位。我們可以使用ANSI標(biāo)準(zhǔn)庫中的 time.h頭文件。這個(gè)頭文件中定義的時(shí)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(shí)間功能。
Coordinated Universal Time(UTC):
協(xié)調(diào)世界時(shí),又稱為世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,也就是大家所熟知的格林威治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(Greenwich Mean Time,GMT)。比如,中國內(nèi)地的時(shí)間與UTC的時(shí)差為+8,也就是UTC+8。美國是UTC-5。
Calendar Time:
日歷時(shí)間,是用“從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)到此時(shí)的時(shí)間經(jīng)過的秒數(shù)”來表示的時(shí)間。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)對(duì)不同的編譯器來說會(huì)有所不同,但對(duì)一個(gè)編譯系統(tǒng)來說,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)是不變的,該編譯系統(tǒng)中的時(shí)間對(duì)應(yīng)的日歷時(shí)間都通過該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)來衡量,所以可以說日歷時(shí)間是“相對(duì)時(shí)間”,但是無論你在哪一個(gè)時(shí)區(qū),在同一時(shí)刻對(duì)同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)來說,日歷時(shí)間都是一樣的。
epoch:時(shí)間點(diǎn)。
時(shí)間點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)C/C++中是一個(gè)整數(shù),它用此時(shí)的時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間點(diǎn)相差的秒數(shù)(即日歷時(shí)間)來表示。
clock tick:
時(shí)鐘計(jì)時(shí)單元(而不把它叫做時(shí)鐘滴答次數(shù)),一個(gè)時(shí)鐘計(jì)時(shí)單元的時(shí)間長短是由CPU控制的。一個(gè)clock tick不是CPU的一個(gè)時(shí)鐘周期,而是C/C++的一個(gè)基本計(jì)時(shí)單位。
我們可以使用ANSI標(biāo)準(zhǔn)庫中的time.h頭文件。這個(gè)頭文件中定義的時(shí)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(shí)間功能。
1、計(jì)時(shí) C/C++中的計(jì)時(shí)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(duì)clock函數(shù)定義如下:
clock_t clock( void );
這個(gè)函數(shù)返回從“開啟這個(gè)程序進(jìn)程”到“程序中調(diào)用clock()函數(shù)”時(shí) 之間的CPU時(shí)鐘計(jì)時(shí)單元(clock tick)數(shù),在MSDN中稱之為掛鐘時(shí)間(wall-clock)。其中clock_t是用來 保存時(shí)間的數(shù)據(jù)類型,在time.h文件中,我們可以找到對(duì)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(gè)長整形數(shù)。在time.h文件中,還定義了一個(gè)常量CLOCKS_PER_SEC,它用來表示一秒鐘會(huì)有多少個(gè)時(shí)鐘計(jì)時(shí)單元,其定義如下:
#define CLOCKS_PER_SEC ((clock_t)1000)
可以看到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(gè)例子,你可以使用公式 clock()/CLOCKS_PER_SEC來計(jì)算一個(gè)進(jìn)程自身的運(yùn)行時(shí)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(jì)算你的機(jī)器運(yùn)行一個(gè)循環(huán)或者處理其它事件到底花了多少時(shí)間:
#i nclude “stdio.h” #i nclude “stdlib.h” #i nclude “time.h” int main( void ) { long i = 10000000L; clock_t start, finish; double duration; 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(shí)鐘計(jì)時(shí)單元的長度為1毫秒,那么計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)精度更高呢?通過嘗試,你會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣是不行的。在標(biāo)準(zhǔn)C/C++中,最小的計(jì)時(shí)單位是一毫秒。
2、與日期和時(shí)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(shí)間。
tm結(jié)構(gòu)在time.h中的定義如下:
#ifndef _TM_DEFINED 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; }; #define _TM_DEFINED #endif
ANSI C標(biāo)準(zhǔn)稱使用tm結(jié)構(gòu)的這種時(shí)間表示為分解時(shí)間(broken-down time)。而日歷時(shí)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(shí)間(日歷時(shí)間)是從一個(gè)時(shí)間點(diǎn)(例如:1970年1月1日0時(shí)0分0秒)到此時(shí)的秒數(shù)。在time.h中,我們也可以看到time_t是一個(gè)長整型數(shù):
#ifndef _TIME_T_DEFINED typedef long time_t; #define _TIME_T_DEFINED #endif
大家可能會(huì)產(chǎn)生疑問:既然time_t實(shí)際上是長整型,到未來的某一天,從一個(gè)時(shí)間點(diǎn)(一般是1970年1月1日0時(shí)0分0秒)到那時(shí)的秒數(shù)(即日歷時(shí)間)超出了長整形所能表示的數(shù)的范圍怎么辦?對(duì)time_t數(shù)據(jù)類型的值來說,它所表示的時(shí)間不能晚于2038年1月18日19時(shí)14分07秒。 為了能夠表示更久遠(yuǎn)的時(shí)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(shí)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(shí)間,并通過_time64()函數(shù)來獲得日歷時(shí)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(shí)0分0秒(不包括該時(shí)間點(diǎn))之前的時(shí)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(shí)間(一個(gè)用time_t表示的整數(shù))轉(zhuǎn)換為我們平時(shí)看到的把年月日時(shí)分秒分開顯示的時(shí)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(shí)間點(diǎn)的值(time_t對(duì)象的值)是從1899年12月31日0時(shí)0分0秒到該時(shí)間點(diǎn)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(jì)算的從1970年1月1日0時(shí)0分0秒到該時(shí)間點(diǎn)所經(jīng)過的秒數(shù)。
3、與日期和時(shí)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(duì)時(shí)間進(jìn)行操作。 這些操作包括取當(dāng)前時(shí)間、算時(shí)間間隔、以不同的形式顯示時(shí)間等內(nèi)容。
3.1 獲得日歷時(shí)間
我們可以通過time()函數(shù)來獲得日歷時(shí)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(shí)間,同時(shí)也可以通過返回值返回現(xiàn)在的日歷時(shí)間,即從一個(gè)時(shí)間點(diǎn)(例如:1970 年1月1日0時(shí)0分0秒)到現(xiàn)在此時(shí)的秒數(shù)。如果參數(shù)為空(NULL),函數(shù)將只通過返回值返回現(xiàn)在的日歷時(shí)間,比如下面這個(gè)例子用來顯示當(dāng)前的日歷時(shí)間:
#include "time.h" include "stdio.h" int main(void) { struct tm *ptr; time_t lt; lt =time(NULL); printf("The Calendar Time now is %d/n",lt); return 0; }
運(yùn)行的結(jié)果與當(dāng)時(shí)的時(shí)間有關(guān),我當(dāng)時(shí)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(shí)的日歷時(shí)間。即從1970年1月1日0時(shí)0分0秒到此時(shí)的秒數(shù)。
3.2 獲得日期和時(shí)間
這里說的日期和時(shí)間就是我們平時(shí)所說的年、月、日、時(shí)、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(gè)名為tm的結(jié)構(gòu)體中,那么如何將一個(gè)日歷時(shí)間保存為一個(gè)tm結(jié)構(gòu)的對(duì)象呢?其中可以使用的函數(shù)是gmtime()和localtime(), 這兩個(gè)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(shí)間轉(zhuǎn)化為世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(即格林尼治時(shí)間),并返回一個(gè)tm結(jié)構(gòu)體來保存這個(gè)時(shí)間,而localtime()函數(shù)是將日歷時(shí)間轉(zhuǎn)化為本地時(shí)間。比如現(xiàn)在用gmtime()函數(shù)獲得的世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是2005年7月30日7點(diǎn)18分20秒,那么我用localtime()函數(shù)在中國地區(qū)獲得的本地時(shí)間會(huì)比時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間晚8個(gè)小時(shí),即2005年7月30日15點(diǎn)18分20秒。下面是個(gè)例子:
#include "time.h" #include "stdio.h" int main(void) { struct tm *local; time_t t; t=time(NULL); 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
3.3 固定的時(shí)間格式
我們可以通過asctime()函數(shù)和ctime()函數(shù)將時(shí)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(shí)間格式為:星期幾 月份 日期 時(shí):分:秒年/n/0 例如:Wed Jan 02 02:03:55 1980/n/0 其中/n是一個(gè)換行符,/0是一個(gè)空字符,表示字符串結(jié)束。下面是兩個(gè)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(shí)間信息的字符串,而ctime()是通過日歷時(shí)間來生成時(shí)間字符串。這樣的話,asctime()函數(shù)只是把tm結(jié)構(gòu)對(duì)象中的各個(gè)域填到時(shí)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(shí)間設(shè)置,把日歷時(shí)間轉(zhuǎn)化為本地時(shí)間,然后再生成格式化后的字符串。在下面,如果lt是一個(gè)非空的time_t變量的話,那么: printf(ctime(<)); 等價(jià)于: struct tm *ptr; ptr=localtime(<); printf(asctime(ptr));那么,下面這個(gè)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(shí)區(qū)設(shè)為世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間所在的時(shí)區(qū)):
#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; }
運(yùn)行結(jié)果: Sat Jul 30 08:43:03 2005 Sat Jul 30 16:43:03 2005 3.4 自定義時(shí)間格式
3.3 自定義時(shí)間格式
我們可以使用strftime()函數(shù)將時(shí)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(shí)間信息放在strDest指向的字符串中,最多向strDest中存放 maxsize個(gè)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(shí)別以百分號(hào)(%)開始的格式命令集合,格式化輸出結(jié)果放在一個(gè)字符串中。格式化命令說明串strDest中各種日期和時(shí)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(shí)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(shí)制的小時(shí) %I 12小時(shí)制的小時(shí)
%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(shí)制表示的分鐘數(shù)
%n 新行符 %p 本地的AM或PM的等價(jià)顯示
%r 12小時(shí)的時(shí)間 %R 顯示小時(shí)和分鐘:hh:mm
%S 十進(jìn)制的秒數(shù) %t 水平制表符 %T 顯示時(shí)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(shí)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)部分的十制年份
%z,%Z 時(shí)區(qū)名稱,如果不能得到時(shí)區(qū)名稱則返回空字符。
%% 百分號(hào)如果想顯示現(xiàn)在是幾點(diǎn)了,并以12小時(shí)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(NULL); ptr=localtime(<); 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 #include void main( void ) { struct tm *newtime; char tmpbuf[128]; time_t lt1; time( <1 ); newtime=localtime(<1); 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.
3.5 計(jì)算持續(xù)的時(shí)間長度
有時(shí)候在實(shí)際應(yīng)用中要計(jì)算一個(gè)事件持續(xù)的時(shí)間長度,比如計(jì)算打字速度。在第1節(jié)計(jì)時(shí)部分中,我已經(jīng)用clock函數(shù)舉了一個(gè)例子。Clock()函數(shù)可以精確到毫秒級(jí)。同時(shí),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(jì)算的時(shí)間間隔是double類型的,但這并不說明該時(shí)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(jì)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(NULL); system("pause"); end = time(NULL); printf("The pause used %f seconds./n",difftime(end,start)); //<- system("pause"); return 0; }
運(yùn)行結(jié)果為:請(qǐng)按任意鍵繼續(xù). . . The pause used 2.000000 seconds. 請(qǐng)按任意鍵繼續(xù). . .
可以想像,暫停的時(shí)間并不那么巧是整整2秒鐘。其實(shí),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。3.6 分解時(shí)間轉(zhuǎn)化為日歷時(shí)間
這里說的分解時(shí)間就是以年、月、日、時(shí)、分、秒等分量保存的時(shí)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(shí)間轉(zhuǎn)化為日歷時(shí)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(shí)間。這樣我們就可以先制定一個(gè)分解時(shí)間,然后對(duì)這個(gè)時(shí)間進(jìn)行操作了,下面的例子可以計(jì)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(shí)間呢?你可以通過這種辦法算出1945年8月15號(hào)是星期幾嗎?答案是否定的。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)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(shí)會(huì)異常終止。
總結(jié):
本文介紹了標(biāo)準(zhǔn)C/C++中的有關(guān)日期和時(shí)間的概念,并通過各種實(shí)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(shí)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(shí)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)。
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