Linux时间的获取与使用

Linux系统时间有两种。

（1）日历时间。该值是自协调世界时(UTC)1970年1月1日00:00:00这个特定时间以来所经过的秒数累计值。基本数据类型用time_t保存。最后通过转换才能得到我们平时所看到的24小时制或者12小时间制的时间。

（2）进程时间。也被称为CPU时间，用以度量进程使用的中央处理器资源。进程时间以时钟滴答计算。

日历时间

time()获取时间戳

time函数用来获取日历时间的时间戳，该时间戳是从1970年1月1日0点(00:00:00 UTC, January 1, 1970)到现在经历的秒数。

函数定义如下：

#include <time.h>
time_t time(time_t *calptr)

time返回当前时间的时间戳，也就是从世界时到现在的秒数;
time_t实际系统自定义的时间戳类型，函数正常返回当前时间戳，出错返回(time_t)-1；
calptr不为空时，时间戳也会写入到该指针中；

调用示例：

#include <time.h>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;

int main()
{
	time_t curTime;
	curTime = time(NULL);
	cout << curTime << endl;
	return 0;
}

结果：返回一串数值，如1533287924

gettimeofday()和clock_gettime()获取更高精度的时间

time函数只能得到秒精度的时间，为了获得更高精度的时间戳，需要其他函数。gettimeofday函数可以获得微秒精度的时间戳，用结构体timeval来保存；clock_gettime函数可以获得纳秒精度的时间戳，用结构体timespec来保存。

#include <sys/time.h>

int gettimeofday(struct timeval *tp, void *tzp);
因为历史原因tzp的唯一合法值是NULL，因此调用时写入NULL即可。

int clock_gettime(clockid_t clock_id, strcut timespec *tsp);
clock_id有多个选择，当选择为CLOCK_REALTIME时与time的功能相似，但是时间精度更高。

两个函数使用的结构体定义如下：

struct timeval
{long tv_sec; /*秒*/long tv_usec; /*微秒*/
};

struct timespec
{
	time_t tv_sec;//秒
	long tv_nsec; //纳秒
};

调用示例：

#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;

int main()
{
	time_t dwCurTime1;
	dwCurTime1 = time(NULL);struct timeval stCurTime2;gettimeofday(&stCurTime2, NULL);struct timespec stCurTime3;clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &stCurTime3);cout << "Time1: " << dwCurTime1 << "s" << endl;cout << "Time2: " << stCurTime2.tv_sec << "s, " << stCurTime2.tv_usec << "us" << endl;cout << "Time3: " << stCurTime3.tv_sec << "s, " << stCurTime3.tv_nsec << "ns" << endl;

	return 0;
}

结果：

编译时要在编译命令最后加上-lrt链接Real Time动态库，如
g++ -o time2 test_time_linux_2.cpp -lrt

Time1: 1533289490s
Time2: 1533289490s, 133547us
Time3: 1533289490s, 133550060ns

可视化时间-时间戳转化为日/月/年

tm结构体

得到的时间戳不能直观的展示现在的时间，为此需要使用tm结构体来表示成我们日常所见的时间，该结构体定义如下：

struct tm
{int tm_sec;/*秒，正常范围0-59， 但允许至61*/int tm_min;/*分钟，0-59*/int tm_hour; /*小时， 0-23*/int tm_mday; /*日，即一个月中的第几天，1-31*/int tm_mon;/*月， 从一月算起，0-11*/1+p->tm_mon;int tm_year;/*年， 从1900至今已经多少年*/1900＋ p->tm_year;int tm_wday; /*星期，一周中的第几天， 从星期日算起，0-6*/int tm_yday; /*从今年1月1日到目前的天数，范围0-365*/int tm_isdst; /*日光节约时间的旗标*/
};

time_t转成tm

gmtime 和localtime可以将time_t类型的时间戳转为tm结构体，用法如下：

struct tm* gmtime(const time_t *timep);
//将time_t表示的时间转换为没有经过时区转换的UTC时间，是一个struct tm结构指针

stuct tm* localtime(const time_t *timep);
//和gmtime功能类似，但是它是经过时区转换的时间，也就是可以转化为北京时间。

固定格式打印时间

得到tm结构体后，可以将其转为字符串格式的日常使用的时间，或者直接从time_t进行转换，分别可以使用以下两个函数达到目的。不过这两个函数只能打印固定格式的时间。

//这两个函数已经被标记为弃用，尽量使用后面将要介绍的函数
char *asctime(const struct tm* timeptr);
char *ctime(const time_t *timep);

调用示例：

#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;

int main()
{
	time_t dwCurTime1;
	dwCurTime1 = time(NULL);struct tm* pTime;pTime = localtime(&dwCurTime1);char* strTime1;char* strTime2;strTime1 = asctime(pTime);strTime2 = ctime(&dwCurTime1);cout << strTime1 << endl;cout << strTime2 << endl;

	return 0;
}

结果：

Fri Aug3 18:24:29 2018
Fri Aug3 18:24:29 2018

灵活安全的时间转换函数strftime()

上述两个函数因为可能出现缓冲区溢出的问题而被标记为弃用，因此更加安全的方法是采用strftime方法。

/*
** @buf：存储输出的时间
** @maxsize：缓存区的最大字节长度
** @format：指定输出时间的格式
** @tmptr：指向结构体tm的指针
*/
size_t strftime(char* buf, size_t maxsize, const char *format, const struct tm *tmptr);

我们可以根据format指向字符串中格式，将timeptr中存储的时间信息按照format指定的形式输出到buf中，最多向缓冲区buf中存放maxsize个字符。该函数返回向buf指向的字符串中放置的字符数。

函数strftime()的操作有些类似于sprintf()：识别以百分号(%)开始的格式命令集合，格式化输出结果放在一个字符串中。格式化命令说明串 strDest中各种日期和时间信息的确切表示方法。格式串中的其他字符原样放进串中。格式命令列在下面，它们是区分大小写的。

%a 星期几的简写
%A 星期几的全称
%b 月分的简写
%B 月份的全称
%c 标准的日期的时间串
%C 年份的后两位数字
%d 十进制表示的每月的第几天
%D 月/天/年
%e 在两字符域中，十进制表示的每月的第几天
%F 年-月-日
%g 年份的后两位数字，使用基于周的年
%G 年分，使用基于周的年
%h 简写的月份名
%H 24小时制的小时
%I 12小时制的小时
%j 十进制表示的每年的第几天
%m 十进制表示的月份
%M 十时制表示的分钟数
%n 新行符
%p 本地的AM或PM的等价显示
%r 12小时的时间
%R 显示小时和分钟：hh:mm
%S 十进制的秒数
%t 水平制表符
%T 显示时分秒：hh:mm:ss
%u 每周的第几天，星期一为第一天 （值从0到6，星期一为0）
%U 第年的第几周，把星期日做为第一天（值从0到53）
%V 每年的第几周，使用基于周的年
%w 十进制表示的星期几（值从0到6，星期天为0）
%W 每年的第几周，把星期一做为第一天（值从0到53）
%x 标准的日期串
%X 标准的时间串
%y 不带世纪的十进制年份（值从0到99）
%Y 带世纪部分的十制年份
%z，%Z 时区名称，如果不能得到时区名称则返回空字符。
%% 百分号

调用示例：

#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;

int main()
{
	time_t dwCurTime1;
	dwCurTime1 = time(NULL);struct tm* pTime;pTime = localtime(&dwCurTime1);char buf[100];strftime(buf, 100, "time: %r, %a %b %d, %Y", pTime);cout << buf << endl;

	return 0;
}

结果：

time: 08:18:12 PM, Fri Aug 03, 2018

mktime将struct tm转化为time_t的时间戳

在业务程序中，经常需要对比时间的先后，如果用字符串格式时间进行对比，需要保证格式完全一致，而且转为字符串形式也比较麻烦，因此更多时候用时间戳来进行比较。有的时候就需要将字符串形式的时间或者struct tm表示的时间转化为time_t的时间戳，这个转化是通过mktime函数来实现的。

在介绍mktime函数之前，我们先来看看struct tm这个结构体中埋的坑。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
	time_t tCurTime = time(NULL);
	printf("tCurTime: %lu\n", (unsigned long)(tCurTime));

	struct tm* pTm;
	pTm = localtime(&tCurTime);

	printf("year:%d\n", pTm->tm_year);
	printf("mon:%d\n", pTm->tm_mon);
	printf("day:%d\n", pTm->tm_mday);
	printf("hour:%d\n", pTm->tm_hour);
	printf("min:%d\n", pTm->tm_min);
	printf("sec:%d\n", pTm->tm_sec);

	time_t tMkTime;
	tMkTime = mktime(pTm);
	printf("tMkTime:%lu\n", (unsigned long)tMkTime);

	return 0;
}

当前时间是：Fri Apr 12 12:48:40 CST 2019，而这段程序的输出结果是：

tCurTime: 1555044520
year:119
mon:3
day:12
hour:12
min:48
sec:40
tMkTime:1555044520

不知道你有没有看出猫腻。奇葩的地方在于，打印出来的月份比实际少了1个月，年份少了1900年。原来通过localtime函数得到的时间是从1900年1月1日开始算的，但是这个月份多1怎么来的，我还没搞清楚。不过在通过字符串保存的当前时间转为时间戳时要记得减1，不然就不能得到想要的结果。

#include <time.h>
time_t mktime(struct tm *tm);

时间函数之间的关系图

进程时间

进程时间是进程被创建后使用CPU的时间，进程时间被分为以下两个部分：

用户CPU时间：在用户态模式下使用CPU的时间
内核CPU时间：在内核态模式下使用CPU的时间。这是执行内核调用或其他特殊任务所需要的时间。

clock函数

clock函数提供了一个简单的接口用于取得进程时间，它返回一个值描述进程使用的总的CPU时间（包括用户时间和内核时间），该函数定义如下：

#include <time.h>
clock_t clock(void)
//if error, return -1

clock函数返回值得计量单位是CLOCKS_PER_SEC，将返回值除以这个计量单位就得到了进程时间的秒数

times函数

times函数也是一个进程时间函数，有更加具体的进程时间表示，函数定义如下：

#include <sys/times.h>
clock_t times(struct tms* buf);

struct tms{
	clock_t tms_utime;
	clock_t tms_stime;
	clock_t tms_cutime;
	clock_t tms_cstime;
};

times函数虽然返回类型还是clock_t，但是与clock函数返回值的计量单位不同。times函数的返回值得计量单位要通过sysconf(SC_CLK_TCK)来获得。

Linux系统编程手册上一个完整的使用案例如下：

#include <time.h>
#include <sys/times.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

static void displayProcessTime(const char* msg) {
	struct tms t;
	clock_t clockTime;
	static long clockTick = 0;

	if (msg != NULL) 
	{
		printf("%s\n", msg);
	}

	if (clockTick == 0)
	{
		clockTick = sysconf(_SC_CLK_TCK);
		if (clockTick < 0) return;
	}

	clockTime = clock();
	printf("clock return %ld CLOCKS_PER_SEC (%.2f seconds)\n", (long)clockTime, (double)clockTime/CLOCKS_PER_SEC);
	
	times(&t);
	printf("times return user CPU = %.2f; system CPU = %.2f\n", (double)t.tms_utime / clockTick, (double)t.tms_stime / clockTick);
}

int main() {
	printf("CLOCKS_PER_SEC = %ld, sysconf(_SC_CLK_TCK) = %ld\n", (long)CLOCKS_PER_SEC, sysconf(_SC_CLK_TCK));

	displayProcessTime("start:");
	for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)
	{
		getpid();
	}
	printf("\n");
	displayProcessTime("end:");

	return 0;
}