【转载】Linux时间相关结构与函数

1 时间的获取

在程序当中, 我们经常要输出系统当前的时间，比如日志文件中的每一个事件都要记录其产生时间。在 C 语言中获取当前时间的方法有以下几种，它们所获得的时间精度从秒级到纳秒，各有所不同。

表 1. C 时间函数

function 定义	含义	返回值	精度
time()	time 函数获得从 1970 年 1 月 1 日 0 点到当前的秒数，存储在time_t结构之中。	typedef long time_t;	秒
gettimeofday()	gettimeofday 函数返回从 1970 年 1 月 1 日 0 点以来，到现在的时间。用 timeval 数据结构表示。	struct timeval { time_t tv_sec; long int tv_usec; };	微秒
clock_gettime()	clock_gettime 函数返回从 1970 年 1 月 1 日 0 点以来，到现在的时间。用 timespec 数据结构表示。 支持不广泛。属于实时扩展。	struct timespec { time_t tv_sec; long int tv_nsec; };	纳秒
ftime()	函数返回从 1970 年 1 月 1 日 0 点以来，到现在的时间。用timeb数据结构表示。 已经过时, 被 time() 替代。尽量不使用。	struct timeb { time_t time; unsigned short millitm; short timezone; short dstflag; };	毫秒

GUN/Linux 提供了三个标准的 API 用来获取当前时间，time()/gettimeofday()/clock_gettime()，它们的区别仅在于获取的时间精度不同，您可以根据需要 选取合适的调用。ftime() 是老的一些系统中的时间调用，很多 Linux 版本虽然支持它，但仅仅是为了向前兼容性，新开发的软件不建议使用 ftime() 来获得当前时间。

2 时间显示和转换

目前我们得到的时间是一个数字，无论精度如 何，它代表的仅是一个差值。比如精度为秒的 time() 函数，返回一个 time_t 类型的整数。假设当前时间为 2011 年 12 月 7 日下午 20 点 29 分 51 秒，那么 time_t 的值为：1323318591。即距离 1970 年 1 月 1 日零点，我们已经过去了 1323318591 秒。（这里的 1970 年 1 月 1 日零点是格林威治时间，而不是北京时间。）我们下面讨论的时间如果不特别说明都是格林威治时间，也叫 GMT 时间，或者 UTC 时间。

字符串“1323318591 秒”对于多数人都没有太大的意义，我们更愿意看到“2011 年 12 月 7 日”这样的显示。因此当我们得到秒，毫秒，甚至纳秒表示的当前时间之后，往往需要将这些数字转换为人们所熟悉的时间表示方法。

由 于国家，习惯和时区的不同，时间的表示方法并没有一个统一的格式。为了满足各种时间显示的需求，标准 C 库提供了许多时间格式转换的函数。这些函数的数量众多，容易让人迷惑，记住它们的用法十分不易。在这里我借用 Michael Kerrisk 在《Linux Programming Interface》一书中的插图，来对这些标准 C 函数进行一个总体的概览。

图 1. 各种时间显示格式转换函数关系图

从上图可以看到，time()/gettimeofday() 从内核得到当前时间之后，该当前时间值可以被两大类函数转换为更加容易阅读的显示格式：

• 固定格式转换
• 用户指定格式转换函数。

固定格式转换

用 ctime() 函数转换出来的时间格式是系统固定的，调用者无法改动，因此被称为固定格式转换。如果您对日期格式没有特殊的要求，那么用它基本上就可以了，简单，不用记忆很多的参数。

用户指定格式转换

典型的 ctime() 格式如下：

Wed Dec 7 20:45:43 PST 2011

有些人觉得这个格式太长，类似 Wed，星期三这样的信息很多情况下都没有啥用途。人们可能更喜欢其他格式：比如2011-12-07 20:45。在这种情况下，就需要进行时间显示格式转换。做法为：先把从内核得到的时间值转换为 struct tm 类型的值，然后调用 strftime() 等函数来输出自定义的时间格式字符串。

下面我列举一些实例，以便读者更清晰地理解众多的时间转换函数的用法。

3 各标准 C 时间转换函数的解释和举例

char *ctime(const time_t *clock);

使用函数 ctime 将秒数转化为字符串. 这个函数的返回类型是固定的：一个可能值为”Thu Dec 7 14:58:59 2000”。这个字符串的长度和显示格式是固定的。

清单 1，time 的使用

 1 #include <time.h>
 2 int main ()
 3 {
 4  time_t time_raw_format;
 5  time ( &time_raw_format ); //获取当前时间
 6  printf (" time is [%d]\n", time_raw_format);
 7  //用 ctime 将时间转换为字符串输出
 8  printf ( "The current local time: %s", ctime(&time_raw_format));
 9  return ;
 }

自定义格式转换

为了更灵活的显示，需要把类型 time_t 转换为 tm 数据结构。tm 数据结构将时间分别保存到代表年，月，日，时，分，秒等不同的变量中。不再是一个令人费解的 64 位整数了。这种数据结构是各种自定义格式转换函数所需要的输入形式。

清单 2，数据结构 tm

 1 struct tm {
 2 int tm_sec; /* Seconds (0-60) */
 3 int tm_min; /* Minutes (0-59) */
 4 int tm_hour; /* Hours (0-23) */
 5 int tm_mday; /* Day of the month (1-31) */
 6 int tm_mon; /* Month (0-11) */
 7 int tm_year; /* Year since 1900 */
 8 int tm_wday; /* Day of the week (Sunday = 0)*/
 9 int tm_yday; /* Day in the year (0-365; 1 Jan = 0)*/
 int tm_isdst; /* Daylight saving time flag
  > 0: DST is in effect;
  = 0: DST is not effect;
  < 0: DST information not available */
 };

可以使用 gmtime() 和 localtime() 把 time_t 转换为 tm 数据格式，其中 gmtime() 把时间转换为格林威治时间；localtime 则转换为当地时间。

清单 3，时间转换函数定义

#include <time.h>
struct tm *gmtime(const time_t *timep);
struct tm *localtime(const time_t *timep);

使用 tm 来表示时间，您就可以调用 asctime() 和 strftime() 将时间转换为字符串了。asctime() 的输出格式固定，和 ctime() 相同。strftime() 则类似我们最熟悉的 printf() 函数，您可以通过输入参数自定义时间的输出格式。

size_t strftime(char *outstr, size_t maxsize, const char *format,const struct tm *timeptr);

清单 4，时间显示转换

int main ()
{
    time_t time_raw_format;
    struct tm * time_struct;
    char buf [];
    time ( &time_raw_format );
    time_struct = localtime ( &time_raw_format );
    strftime (buf,,"It is now: %I:%M%p.",time_struct);
    puts (buf);
    return ;
}

该例子程序的输出结果如下：

It is now: 02:45PM.

从以上的例子可以看到，利用从 time() 得到的时间值，可以调用各种转换函数将其转换成更方便人们阅读的形式。

此 外从前面的总结中我们也了解到，还有两个 C 函数可以获得当前时间，gettimeofday() 以及 clock_gettime()，它们分别返回 struct timeval 或者 timespec 代表的高精度的时间值。在目前的 GLibC 中，还没有直接把 struct timeval/timespec 转换为 struct tm 的函数。一般的做法是将 timeval 中的 tv_sec 转换为 tm，使用上面所述的方法转换为字符串，最后在显示的时候追加上 tv_usec，比如下面的例子代码：

清单 5，更多时间显示转换

struct timeval tv;
time_t nowtime; 
struct tm *nowtm; 
char tmbuf[], buf[]; 
gettimeofday(&tv, NULL); //获取当前时间到 tv
nowtime = tv.tv_sec; //nowtime 存储了秒级的时间值
nowtm = localtime(&nowtime); //转换为 tm 数据结构
//用 strftime 函数将 tv 转换为字符串，但 strftime 函数只能达到秒级精度
strftime(tmbuf, sizeof tmbuf, "%Y-%m-%d %H:%M:%S", nowtm);
//将毫秒值追加到 strftime 转换的字符串末尾 
snprintf(buf, sizeof buf, "%s.%06d", tmbuf, tv.tv_usec);