[转载] Linux程序设计之时间处理

UNIX及Linux的时间系统是由「新纪元时间」Epoch开始计算起，单位为秒，Epoch则是指定为1970年一月一日凌晨零点零分零秒，格林威治时间。

 

目前大部份的UNIX系统都是用32位元来记录时间，正值表示为1970以後，负值则表示1970年以前。我们可以很简单地计算出其时间领域：

 

2^31/86400(s) = 24855.13481(天) ~ 68.0958(年) 

 

1970+68.0958 = 2038.0958 

1970-68.0958 = 1901.9042 

 

时间领域为[1901.9042,2038.0958]。 

 

准确的时间为2038年一月十八日星期一晚上十点十四分七秒。那一刻，时间将会转为负数，变成1901年十二月十三日黑色星期五下午三点四十五分五十二秒，然後Jason就会跑出来用斧头砸掉您的电脑。 

 

这就是所谓的UNIX 2038 BUG，或者您也可戏称为Jason hatchet bug。在大部份的UNIX上，并没有所谓Y2K问题，不过都有2038年问题。 

 

在一些64位元的平台上，例如Digital Alpha、SGI、Sparc等等，则用64位元来表示时间。 

 

2^63/86400 ~ 1E14(天) ~ 2.92E11(年) 

 

大约是292亿年。 

 

因此，使用64位元的电脑可能会有Armageddon bug的问题。届时位於猎户座旋臂的太阳，已经是黑矮星或暗黑物质，猎户座旋臂大概也已经被重力波震断，银河系大概则已经变成小型似星体了。 

 

虽然许多人认为UNIX的2038年问题会随着科技的进步，而将电脑逐步汰换成64位元电脑，因此无须担心。但我个人相信，在2038年，依然会有许多状况出现。因为，就事实而言，目前许多UNIX系统都有足够的能力服役到2038年而毫无问题。因此，如果有意添购电脑主机，而且有预期会使用到那个时候，最好是选购64位元电脑，确认只有世界末日问题（除非您想要把资料流传给下一个宇宙，那就要另当别论了）。 

 

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取得当前时间

 

在所有的UNIX下，都有个time()的函数 

#include  

time_t time(time_t *t); 

 

这个函数会传回从epoch开始计算起的秒数，如果t是non-null，它将会把时间值填入t中。 

 

对某些需要较高精准度的需求，Linux提供了gettimeofday()。 

#include  

#include  

int gettimeofday(struct timeval * tv,struct timezone *tz); 

int settimeofday(const struct timeval * tv,const struct timezone *tz); 

 

struct timeval { 

    int tv_sec; 

    int tv_usec; 

}; 

 

其中tv_sec是由凌晨开始算起的秒数，tv_usec则是微秒(10E-6 second)。 

 

struct timezone { 

    int tv_minuteswest; 

    int tv_dsttime; 

}; 

 

tv_minuteswest是格林威治时间往西方的时差，tv_dsttime则是时间的修正方式。 

 

在Linux下timezone的使用已经废除而不再使用。因为有许多地区都有日光节约时间，日光节约时间的使用与否，往往与无可预测的政治因素相关，没有简单的方法来实作这项设计。 

 

在sys/time.h中，有三个有用的巨集用於操作timeval： 

#define       timerisset(tvp)  ((tvp)->tv_sec || (tvp)->tv_usec) 

#define       timercmp(tvp, uvp, cmp) 

              ((tvp)->tv_sec cmp (uvp)->tv_sec ||/ 

               (tvp)->tv_sec == (uvp)->tv_sec &&/ 

               (tvp)->tv_usec cmp (uvp)->tv_usec) 

#define       timerclear(tvp) ((tvp)->tv_sec = (tvp)->tv_usec = 0) 

 

timerisset检查tvp是否有被设定值进去，timercmp比较时间，timerclear设tvp为零。 

cmp为比较操作子如">"、"<"、"=="等等。 

 

在POSIX.1b的即时处理标准中允许较高的时间解析度。 

 

struct timespec 

{ 

    long int tv_sec; 

    long int tv_nsec; 

}; 

 

tv_nsec是nano second(10E-9 second)。 

 

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时间表述

 

电脑使用秒及epoch来表示其时间，但对人脑来说实在太残忍了一点，大概没有人可以用人脑来计算。因此，UNIX下提供了其它两种基本方式来表述时间，struct tm及文字格式时间。 

 

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; 

}; 

 

tm_sec表「秒」数，在[0,61]之间，多出来的两秒是用来处理跳秒问题用的。 

tm_min表「分」数，在[0,59]之间。 

tm_hour表「时」数，在[0,23]之间。 

tm_mday表「本月第几日」，在[1,31]之间。 

tm_mon表「本年第几月」，在[0,11]之间。 

tm_year要加1900表示那一年。 

tm_wday表「本第几日」，在[0,6]之间。 

tm_yday表「本年第几日」，在[0,365]之间，闰年有366日。 

tm_isdst表是否为「日光节约时间」。 

 

struct tm格式时间函数 

 

struct tm * gmtime(const time_t * t); 

转换成格林威治时间。有时称为GMT或UTC。 

 

struct tm * localtime(const time_t *t); 

转换成本地时间。它可以透过修改TZ环境变数来在一台机器中，不同使用者表示不同时间。 

 

time_t mktime(struct tm *tp); 

转换tm成为time_t格式，使用本地时间。 

 

tme_t timegm(strut tm *tp); 

转换tm成为time_t格式，使用UTC时间。 

 

double difftime(time_t t2,time_t t1); 

计算秒差。 

 

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文字时间格式函数 

 

char * asctime(struct tm *tp); 

char * ctime(struct tm *tp); 

这两个函数都转换时间格式为标准UNIX时间格式。 

Mon May 3 08:23:35 1999 

 

ctime一律使用当地时间，asctime则用tm结构内的timezone信息来表示。 

 

size_t strftime(char *str,size_t max,char *fmt,struct tm *tp); 

strftime有点像sprintf，其格式由fmt来指定。 

 

%a : 本第几天名称，缩写。 

%A : 本第几天名称，全称。 

%b : 月份名称，缩写。 

%B : 月份名称，全称。 

%c : 与ctime/asctime格式相同。 

%d : 本月第几日名称，由零算起。 

%H : 当天第几个小时，24小时制，由零算起。 

%I : 当天第几个小时，12小时制，由零算起。 

%j : 当年第几天，由零算起。 

%m : 当年第几月，由零算起。 

%M : 该小时的第几分，由零算起。 

%p : AM或PM。 

%S : 该分钟的第几秒，由零算起。 

%U : 当年第几，由第一个日开始计算。 

%W : 当年第几，由第一个一开始计算。 

%w : 当第几日，由零算起。 

%x : 当地日期。 

%X : 当地时间。 

%y : 两位数的年份。 

%Y : 四位数的年份。 

%Z : 时区名称的缩写。 

%% : %符号。 

 

char * strptime(char *s,char *fmt,struct tm *tp); 

如同scanf一样，解译字串成为tm格式。 

 

%h : 与%b及%B同。 

%c : 读取%x及%X格式。 

%C : 读取%C格式。 

%e : 与%d同。 

%D : 读取%m/%d/%y格式。 

%k : 与%H同。 

%l : 与%I同。 

%r : 读取"%I:%M:%S %p"格式。 

%R : 读取"%H:%M"格式。 

%T : 读取"%H:%M:%S"格式。 

%y : 读取两位数年份。 

%Y : 读取四位数年份。 

 

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进入「冬眠状态」：Sleeping 

unsigned int sleep(unsigned int seconds); 

sleep()会使当前程序陷入「冬眠」seconds秒，除非收到「不可抵」的信号。 

如果sleep()没睡饱，它将会返回还需要补眠的时间，否则一般返回零。 

 

void usleep(unsigned long usec); 

usleep与sleep()类同，不同之处在於秒的单位为10E-6秒。 

 

int select(0,NULL,NULL,NULL,struct timeval *tv); 

可以利用select的实作sleep()的功能，它将不会等待任何事件发生。 

 

int nanosleep(struct timespec *req,struct timespec *rem); 

nanosleep会沉睡req所指定的时间，若rem为non-null，而且没睡饱，将会把要补眠的时间放在rem上。 

 

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定时闹钟：Interval Timers 

定时闹钟一但启动後，会定期送信号给进程，读者最好要解一下signal的处理。 

 

struct itimerval { 

    struct timeval * it_interval; 

    struct timeval * it_value; 

}; 

 

unsigned int alarm(unsigned int seconds); 

alarm()会在seconds时，送出SIGALRM信号，这不是「定期」的。 

 

int getitimer(int which,struct itimerval *val); 

读取which指定的Timer当前状态。 

 

int setitimer(int which,struct itimerval *val,struct itimerval *old); 

设定which指定的Timer当前状态。 

 

每个进程都有三个定期闹钟（which参数）： 

ITIMER_REAL : 

以系统真实的时间来计算，它送出SIGALRM信号。 

 

ITIMER_VIRTUAL : 

以该进程真正有执行的时间来计算，它送出SIGVTALRM信号。 

 

ITIMER_PROF : 

以进程真正有执行及在核心中所费的时间来计算，它送出SIGPROF信号。 

 

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人类的极限：由於太空充斥各种辐射线，太空飞行会无可避免地，造成太空人每年约1%的脑细胞坏死，在他完成任务之前，头发已经变成白了。因此，人类无法长期进行太空探险。 

解决方式：派道家炼气士出任太空任务。