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日期和时间是编程中非常常用的功能。本文是对C 11到C 17中相关编程接口的介绍。

介绍

C 中可以使用的日期时间API主要分为两类：

• C-style 日期时间库，位于头文件中。这是原先头文件的C 版本。
• chrono库：C 11中新增API，增加了时间点，时长和时钟等相关接口。

在C 11之前，C 编程只能使用C-style日期时间库。其精度只有秒级别，这对于有高精度要求的程序来说，是不够的。

但这个问题在C 11中得到了解决，C 11中不仅扩展了对于精度的要求，也为不同系统的时间要求提供了支持。

另一方面，对于只能使用C-style日期时间库的程序来说，C 17中也增加了timespec将精度提升到了纳秒级别。

代码示例

本文中所贴出的代码示例可以到我的Github上获取：paulQuei/cpp-date-time^[1]。

或者，你也可以直接通过下面这条命令获取所有源码：

git clone https://github.com/paulQuei/cpp-date-time.git
为了简化书写，本文中给出的代码都已经默认做了以下操作：

#include 
#include 
#include 

using namespace std;


C-style 日期时间库

C-style 日期时间库中包含的函数和数据类型说明如下：

函数

函数	说明
std::clock_t clock()	返回自程序启动时起的处理器时钟时间
std::time_t time(std::time_t* arg)	返回自纪元起计的系统当前时间
double difftime(std::time_t time_end,   std::time_t time_beg)	计算时间之间的差
int timespec_get(std::timespec* ts, int base)∗∗	返回基于给定时间基底的日历时间
char* ctime(const std::time_t* time)	转换 time_t 对象为文本表示
char* asctime(const std::tm* time_ptr)	转换 tm 对象为文本表示
std::size_t strftime(char* str,   std::size_t count, const char* format,   const std::tm* time)	转换 tm 对象到自定义的文本表示
std::size_t wcsftime( wchar_t* str,   std::size_t count, const wchar_t* format,   const std::tm* time)	转换 tm 对象为定制的宽字符串文本表示
std::tm* gmtime(const std::time_t* time)	将time_t转换成UTC表示的时间
std::tm* localtime(const std::time_t *time)	将time_t转换成本地时间
std::time_t mktime(std::tm* time)	将tm格式的时间转换成time_t表示的时间

数据类型

名称	说明
time_t	从纪元起的时间类型
tm	日历时间类型
timespec∗∗	以秒和纳秒表示的时间
clock_t	进程运行时间
size_t	sizeof 运算符返回的无符号整数类型

结构梳理

这里有不少的函数和数据类型，刚开始接触的时候似乎不太容易记得住。

但实际上，如果我们把它们画成一张图就比较好理解了，如下所示：

在这幅图中，以数据类型为中心，带方向的实线箭头表示该函数能返回相应类型的结果。

• clock函数是相对独立的一个函数，它返回进程运行的时间，具体描述见下文。
• time_t描述了纪元时间，通过time函数可以获得它。但它只能精确到秒级别。
• timespec类型在time_t的基础上，增加了纳秒的精度，通过timespec_get获取。这是C 17上新增的
• tm是日历类型，因为它其中包含了年月日等信息。通过gmtime，localtime和mktime函数可以将time_t和tm类型互相转换。
• 考虑到时区的差异，因此存在gmtime和localtime两个函数。
• 无论是time_t还是tm结构，都可以将其以字符串格式输出。ctime和asctime输出的格式是固定的。如果需要自定义格式，需要使用strftime或者wcsftime函数。

进程运行时间

clock函数返回进程迄今为止所用的处理器时间。单独调度该函数一次所返回的值是没有意义的，只有两次不同值的差才有意义。

该值表示了进程从关联到程序执行的实现定义时期开始，所用的粗略处理器时间。而且这个值仅仅是处理器的时钟周期。如果希望将其转换为以秒为单位，还需要将它除以常量 CLOCKS_PER_SEC 。

下面是一段代码示例：

clock_t time1 = clock();
double sum = 0;
for(int i = 0; i < 100000000; i ) {
  sum  = sqrt(i);
}
clock_t time2 = clock();

double t = ((double)(time2 - time1)) / CLOCKS_PER_SEC ;
cout << "CLOCKS_PER_SEC: " << CLOCKS_PER_SEC << endl;
cout << "Process running time: " << t << "s" << endl;
其输出如下：

CLOCKS_PER_SEC: 1000000
Process running time: 0.80067s
你可能知道，现代的操作系统上进程都是分时占用处理器的，所以程序的处理器时间会小于真实世界流逝的时间。但这仅仅是对于单处理器而言的。在多处理器系统上，如果你的进程使用了多线程，那么其所用的处理器时间可能比真实世界流逝的时间值还要大。

关于纪元时间

纪元时间（Epoch time）又叫做Unix时间或者POSIX时间。它表示自1970 年 1 月 1 日 00:00 UTC 以来所经过的秒数（不考虑闰秒）。它在操作系统和文件格式中被广泛使用。

这个想法很简单：以一个时间为起点加上一个偏移量便可以表达任何一个其他的时间。

如果你好奇为什么选这个时间作为起点，可以点击这里：Why is 1/1/1970 the “epoch time”?^[2]。

下面是一个代码示例：

time_t epoch_time = time(nullptr);
cout << "Epoch time: " << epoch_time << endl;
其输出如下：

Epoch time: 1577433897
time函数接受一个指针，指向要存储时间的对象，通常可以传递一个空指针，然后通过返回值来接受结果。

虽然标准中没有给出定义，但time_t通常使用整形值来实现。

作为一个程序员，你可能马上会意识到整形的位数和溢出的问题。事实也刚好是这样，在一些历史实现上使用了32位有符号整数来实现time_t，其造成的结果就是：在2038-01-19 03:14:07^[3]这个时间点，这个值会溢出。

不过不用担心太多，这个时间距现在还有将近20年，到那个时候，估计那些有问题的系统已经不会再继续运转或者已经被升级了。

计算时间差

在一些情况下，我们需要计算一个操作的时间长度。这自然的就需要计算两个时间点的差分。这时就可以使用difftime函数。

事实上，我们知道time_t以秒级别表示纪元时间，并且它又是以整形实现的，直接将两个time_t相减，可以得到相同的结果。

下面是一个代码示例：

time_t time1 = time(nullptr);
double sum = 0;
for(int i = 0; i < 1000000000; i ) {
  sum  = sqrt(i);
}
time_t time2 = time(nullptr);

double time_diff = difftime(time2, time1);
cout << "time1: " << time1 << endl;
cout << "time2: " << time2 << endl;
cout << "time_diff: " << time_diff << "s" << endl;
其输出如下，可以看到这正是time1和time2两个整数相减的结果：

time1: 1577434406
time2: 1577434414
time_diff: 8s


注意：time_t只精确到秒，它无法描述毫秒级别的时间，所以在有更高精度要求的情况下，需要使用下文提到的其他方法。

输出时间和日期

当然，我们还希望将时间以字符串的形式打印出来。这时就可以使用ctime函数。不过该函数打印的格式是固定的：Www Mmm dd hh:mm:ss yyyy\n。如果你希望自定义输出的格式，可以使用下文提到的其他方法。

下面是一个代码示例：

time_t now = time(nullptr);
cout << "Now is: " << ctime(