python标准库学习（2）：time、datetime和calendar

python标准库学习（2）

标准库time、datetime和calendar

2019-09-10

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python标准库中处理时间、日期的主要是time、datetime和calendar这3个库，尽管一些第三方库如dateutil、Arrow、pendulum、moment、maya、Delorean、When.py等在时间和日期处理方面扩展了很多功能，使得处理更加简洁或人性化，但标准库处理时间和日期仍然是最常见和常用的。

1. time：时间获取与转换

time库提供了近30个方法和10多个常量，是python处理时间相关的数据类型的基础。time提供的方法主要有3类：时间获取、时间转换和时间相关的操作。

1.1 时间的表示方式

时间的表示方式主要有3种：

• 时间戳（timestamp）：表示从1970年1月1日0时0分0秒开始，按秒计算的时间偏移量；这里的1970年1月1日0时0分0秒被称为epoch，是时间开始的点，取决于系统平台。
• 时间元组（struct_time）：也称“结构体时间”，用一个元组表示的时间信息；
• 时间字符串：用字符串来格式化显示时间。

以上3中表示形式在time中都有体现：

import time

time.time()           # 时间戳：1568629886.590658
time.localtime()      # 结构体时间：time.struct_time(tm_year=2019, /
                      # tm_mon=9, tm_mday=16, tm_hour=18, tm_min=31, /
                      # tm_sec=56, tm_wday=0, tm_yday=259, tm_isdst=0)
                      # 注意这个时间结构体是一个元组，不能通过类似time.localtime()['tm_min']来取值
time.ctime()          # 'Mon Sep 16 18:31:40 2019'

以下是获取时间的常用方法：

方法	作用	备注
time.time()	时间戳，返回浮点数的秒数，以epoch为起点，截止当前时间，时区为标准时间	无参数
time.time_ns()	时间戳，返回浮点数的纳秒数，以epoch为起点，截止当前时间，时区为标准时间	无参数
time.gmtime([secs])	将时间戳转换为为单位的时间转换为标准时间下的结构体元组	参数为以秒为单位的数，默认为time.time()
time.localtime([secs])	将时间戳转换为为单位的时间转换为系统所在时区下的结构体元组	参数为以秒为单位的数，默认为time.time()
time.ctime([secs])	返回的时间转换为表示本地时间的字符串，以epoch为起点，截止当前时间	参数为以秒为单位的数，默认为time.time()

在结构体时间中，一般会返回一个包含8个元素的struct_time对象，这个元组可以通过位置索引（index）访问：

索引	属性	值	含义
0	tm_year	（例如，1993）	年份
1	tm_mon	range [1, 12]	月份
2	tm_mday	range [1, 31]	当月第几天
3	tm_hour	range [0, 23]	当日第几小时
4	tm_min	range [0, 59]	分
5	tm_sec	range [0, 61]	秒
6	tm_wday	range [0, 6] ，周一为 0	周几
7	tm_yday	range [1, 366]	当年的第几天
8	tm_isdst	0, 1 或 -1	是否是夏令时

1.2 不同时间表示之间的转换

先来看时间戳的两种转化形式：

import time

sect = 1229711247
time.ctime(sect)      # 'Sat Dec 20 02:27:27 2008'
time.gmtime(sect)     # time.struct_time(tm_year=2008, tm_mon=12, /
                      # tm_mday=19, tm_hour=18, tm_min=27, tm_sec=27, /
                      # tm_wday=4, tm_yday=354, tm_isdst=0)

strptime和strftime实现了字符串和时间元组之间的相互转换，由于涉及将时间元组转化为一定格式的时间字符串，因此需要指定format格式，一般用%加一个字母来表示一个时间字段（文档中称为directive，“指令”）：

指令	含义
%a	本地化的缩写星期中每日的名称
%A	本地化的星期中每日的完整名称
%b	本地化的月缩写名称
%B	本地化的月完整名称
%c	本地化的适当日期和时间表示
%d	十进制数 [01,31] 表示的月中日。
%H	十进制数 [00,23] 表示的小时（24小时制）。
%I	十进制数 [01,12] 表示的小时（12小时制）。
%j	十进制数 [001,366] 表示的年中日。
%m	十进制数 [01,12] 表示的月。
%M	十进制数 [00,59] 表示的分钟。
%p	本地化的 AM 或 PM 。
%S	十进制数 [00,61] 表示的秒。
%U	十进制数 [00,53] 表示的一年中的周数（星期日作为一周的第一天）
%w	十进制数 [0(星期日),6] 表示的周中日。
%W	十进制数 [00,53] 表示的一年中的周数（星期一作为一周的第一天）。
%x	本地化的适当日期表示。
%X	本地化的适当时间表示。
%y	十进制数 [00,99] 表示的没有世纪的年份。
%Y	十进制数表示的带世纪的年份。
%z	时区偏移以格式
%Z	时区名称（如果不存在时区，则不包含字符）。
%%	字面的 ‘%’ 字符。

以下示例说明，字符串和时间元组之间的转换可以非常灵活：

import time

# 将字符串转化为时间元组
dt = '2018-12-31'
ts = time.strptime(dt, '%Y-%m-%d')
print(ts) # time.struct_time(tm_year=2018, /
          # tm_mon=12, tm_mday=31, tm_hour=0, tm_min=0, tm_sec=0, /
          # tm_wday=0, tm_yday=365, tm_isdst=-1)

# 将时间元组转化为字符串
tm = time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S', time.localtime())
print(tm)   # '2019-09-17 19:41:02'

1.3 time模块中的其他函数

除时间获取和转换外，time另外还有2个方面的功能：使程序暂停指定时间和计算程序运行时间。
暂停指定时间用time.sleep(secs)方法，根据文档，“暂停执行调用线程达到给定的秒数。参数可以是浮点数，以指示更精确的睡眠时间。实际的暂停时间可能小于请求的时间，因为任何捕获的信号将在执行该信号的捕获例程后终止sleep()。此外，由于系统中其他活动的安排，暂停时间可能比请求的时间长任意量。”
计算程序运行时间方面，python标准库中提供了timeit，这个库可以用命令行方式和调用方法的方式计算程序运行时间。time中主要可以通过3个方法来测量程序运行时间：

函数	说明
time.time()	返回epoch为起点的系统时间的秒数，依赖于系统平台
time.perf_counter()	返回一个CPU级别的精确的秒数。包括睡眠期间经过的时间，并且是系统范围的。返回值的参考点未定义，因此只有连续调用结果之间的差异才有效
time.process_time()	返回当前进程的系统和用户CPU时间总和的值（以小数秒为单位）。它不包括睡眠期间经过的时间。根据定义，它在整个进程范围中。返回值的参考点未定义，因此只有连续调用结果之间的差异才有效

以上3个方法返回的单位都是秒，对应地有3个带_ns返回以纳秒为单位的数字：time_ns()、perf_counter_ns()、process_time_ns()。以下用一个例子来说明计时功能的实现，以及这些方法的不同：

def fibonacci(n):
    a, b = 0, 1
    while n > 0:
        a, b = b, a + b
        n -= 1
        yield a

a_point_tm = time.time()
a_point_perf = time.perf_counter()
a_point_proc = time