Linux时间时区详解与常用时间函数
时间与时区
整个地球分为二十四时区，每个时区都有自己的本地时间。
Ø UTC时间 与 GMT时间
我们可以认为格林威治时间就是时间协调时间（GMT = UTC），格林威治时间和UTC时间都用秒数来计算的。
Ø UTC时间与本地时间
UTC + 时区差 = 本地时间
时区差东为正，西为负。在此，把东八区时区差记为 +0800
UTC + (+0800) = 本地（北京）时间
Ø UTC与Unix时间戳
在计算机中看到的UTC时间都是从（1970年01月01日 0:00:00)开始计算秒数的。所看到的UTC时间那就是从1970年这个时间点起到具体时间共有多少秒。 这个秒数就是Unix时间戳。
time（取得目前的时间）
函数说明：
#include<time.h>
time_t time(time_t *t);
此函数会返回从公元1970年1月1日的UTC时间从0时0分0秒算起到现在所经过的秒数。如果t 并非空指针的话，此函数也会将返回值存到t指针所指的内存。
返回：成功则返回秒数，失败则返回((time_t)-1)值，错误原因存于errno中。
代码说明：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
int seconds = time(NULL);
printf("%d\n", seconds);
return 0;
}
执行结果：
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_time unixtime_time.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_time
1445008165
gmtime（取得目前时间和日期）
函数说明：
#include<time.h>
struct tm*gmtime(const time_t*timep);
gmtime()将参数timep所指的time_t结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果由结构tm返回。
结构tm的定义为：
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;
};
int tm_sec 代表目前秒数，正常范围为0-59，但允许至61秒
int tm_min 代表目前分数，范围0-59
int tm_hour 从午夜算起的时数，范围为0-23
int tm_mday 目前月份的日数，范围01-31
int tm_mon 代表目前月份，从一月算起，范围从0-11
int tm_year 从1900年算起至今的年数
int tm_wday 一星期的日数，从星期一算起，范围为0-6
int tm_yday 从今年1月1日算起至今的天数，范围为0-365
int tm_isdst 日光节约时间的旗标
此函数返回的时间日期未经时区转换，而是UTC时间。
返回：结构tm代表目前UTC 时间
代码说明：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
const char* wday[] = {"Sun","Mon","Tue","Wed","Thu","Fri","Sat"};
time_t timep;
struct tm* p;
time(&timep);
p = gmtime(&timep);
printf("curday = %d-%d-%d\n", (1900+p->tm_year), (1+p->tm_mon), p->tm_mday);
printf("curweek = %s, curtime = %d:%d:%d\n", wday[p->tm_wday], p->tm_hour, p->tm_min, p->tm_sec);
return 0;
}
结果说明：
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_gmtime unixtime_gmtime.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_gmtime
curday = 2015-10-16
curweek = Fri, curtime = 15:12:12
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -u
Fri Oct 16 15:12:13 UTC 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date
Fri Oct 16 23:12:16 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -R #这里打印出时区信息，北京为东八区
Fri, 16 Oct 2015 23:12:18 +0800
可以看到gmtime返回的时间日期未经过时区转换，这里和date打印的刚好差8小时（中国时区）。
ctime（将时间和日期以字符串格式表示）
函数说明：
#include<time.h>
char *ctime(const time_t *timep);
ctime()将参数timep所指的time_t结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果以字符串形态返回。若再调用相关的时间日期函数，此字符串可能会被破坏。
代码说明：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
time_t timep;
time(&timep);
printf("%s",ctime(&timep));
return 0;
}
结果说明：
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_ctime unixtime_ctime.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_ctime
Fri Oct 16 23:14:33 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date
Fri Oct 16 23:14:34 CST 2015
asctime（将时间和日期以字符串格式表示）
函数说明：
#include<time.h>
char * asctime(const struct tm * timeptr);
asctime()将参数timeptr所指的tm结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果以字符串形态返回。若再调用相关的时间日期函数，此字符串可能会被破坏。此函数与ctime不同处在于传入的参数是不同的结构。
代码说明：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
time_t timep;
time(&timep);
printf("%s", asctime(gmtime(&timep)));
}
结果说明：
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_asctime unixtime_asctime.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_asctime
Fri Oct 16 15:15:54 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date
Fri Oct 16 23:15:55 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -u
Fri Oct 16 15:15:57 UTC 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -R
Fri, 16 Oct 2015 23:16:01 +0800
注意这里struct tm结构的时间是通过gmtime返回的，因此也没有经过时区转换。
gettimeofday（取得目前的时间）
函数说明：
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
int gettimeofday ( struct timeval * tv , struct timezone * tz )
gettimeofday()会把目前的时间有tv所指的结构返回，当地时区的信息则放到tz所指的结构中。
timeval结构定义为:
struct timeval {
long tv_sec; /*秒*/
long tv_usec; /*微秒*/
};
timezone结构定义为：
struct timezone {
int tz_minuteswest; /*和Greenwich 时间差了多少分钟*/
int tz_dsttime; /*日光节约时间的状态*/
};
上述两个结构都定义在/usr/include/sys/time.h，tz_dsttime 所代表的状态如下
DST_NONE /*不使用*/
DST_USA /*美国*/
DST_AUST /*澳洲*/
DST_WET /*西欧*/
DST_MET /*中欧*/
DST_EET /*东欧*/
DST_CAN /*加拿大*/
DST_GB /*大不列颠*/
DST_RUM /*罗马尼亚*/
DST_TUR /*土耳其*/
DST_AUSTALT /*澳洲（1986年以后）*/
返回：成功则返回0，失败返回-1，错误代码存于errno。
代码说明：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
struct timeval tv;
struct timezone tz;
gettimeofday(&tv, &tz);
printf("tv_sec = %d, tv_usec = %d, tz_minuteswest = %d, tz_dsttime = %d\n",
tv.tv_sec, tv.tv_usec, tz.tz_minuteswest, tz.tz_dsttime) ;
return 0;
}
结果说明：
[root@VM_174_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_gettimeofday unixtime_gettimeofday.cpp
[root@VM_174_centos unixtime]# ./unixtime_gettimeofday
tv_sec = 1445008619, tv_usec = 699804, tz_minuteswest = -480, tz_dsttime = 0
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date
Fri Oct 16 23:17:00 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -u
Fri Oct 16 15:17:02 UTC 2015
这里时区差是-480，也就是说明GMT比我们（中国时区）晚8小时。
localtime（取得当地目前时间和日期）
函数说明：
#include<time.h>
struct tm *localtime(const time_t * timep);
localtime()将参数timep所指的time_t结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果由结构tm返回。结构tm的定义请参考gmtime()。此函数返回的时间日期已经转换成当地时区。
代码说明：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
const char* wday[] = {"Sun","Mon","Tue","Wed","Thu","Fri","Sat"};
time_t timep;
struct tm* p;
time(&timep);
p = localtime(&timep);
printf("curday = %d-%d-%d\n", (1900+p->tm_year), (1+p->tm_mon), p->tm_mday);
printf("curweek = %s, curtime = %d:%d:%d\n", wday[p->tm_wday], p->tm_hour, p->tm_min, p->tm_sec);
return 0;
}
结果说明：
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_localtime unixtime_localtime.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_localtime
curday = 2015-10-16
curweek = Fri, curtime = 23:23:37
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_gmtime
curday = 2015-10-16
curweek = Fri, curtime = 15:23:37
这里的结果跟gmtime的结果进行比较，可以看出，gmtime给出的是GMT标准时间，localtime给出的是根据时区转换过的本地时间（这里是北京时间，东八区，+0800）。
mktime（将时间结构数据转换成经过的秒数）
函数说明：
time_t mktime(strcut tm * timeptr);
mktime()用来将参数timeptr所指的tm结构数据转换成从公元1970年1月1日0时0分0秒算起至今的UTC时间所经过的秒数。
返回：返回经过的秒数。
代码说明：
/*
* 用time()取得时间（秒数），利用localtime()
* 转换成struct tm 再利用mktine（）将struct tm转换成原来的秒数
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main(int argc, char** argv)
{
time_t timep;
struct tm* p;
time(&timep);
printf("time() = %d\n", timep);
p = localtime(&timep);
timep = mktime(p);
printf("time()->localtime()->mktime():%d\n", timep);
return 0;
}
结果说明：
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_mktime unixtime_mktime.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_mktime
time() = 1445010682
time()->localtime()->mktime():1445010682
settimeofday（设置目前时间）
函数说明：
#include<sys/time.h>
#include<unistd.h>
int settimeofday ( const struct timeval *tv,const struct timezone *tz);
settimeofday()会把目前时间设成由tv所指的结构信息，当地时区信息则设成tz所指的结构。详细的说明请参考gettimeofday()。注意，只有root权限才能使用此函数修改时间。
返回：成功则返回0，失败返回－1，错误代码存于errno。
EPERM 并非由root权限调用settimeofday（），权限不够。
EINVAL 时区或某个数据是不正确的，无法正确设置时间。
基于Linux整形时间的常用计算思路
本文基于Linux整形时间给出一些简化的的常用计算思路，试图从另外的角度去加强读者对时间处理的理解，希望对您有所帮助。
概述
在后台server 的开发中，经常需要基于日期、时间的比较、计算。类似的功能需求可能有：判断今天是星期几，判断两个时间是否在同一天，是否在同一周，判断当前时间是否在每日的特定时段内等等。虽然有系统函数localtime()可以很好的获取日期相关的详细信息，但由于其获取的信息足够详细，以至于在某些特定的简单功能上，使用localtime()实际上是有多余的开销。对于一些简单的判断，我们推荐采用更简单、更原始、更易于理解的方式来实现。
计算思路
在Unix/Linux下，系统时间以time_t类型表示，本质上是一个整形数值，数值含义为从历史上的一个基准点开始（格林威治时间1970年1月1日零点），至当前时刻持续的秒数。在Linux下，time_t被定义long类型，即有符号整型。
考虑到中国与格林威治的时区不同，对中国来说，时间的基准起始点是1970年1月1日早八点整。对于任意时区，time_t的表示规则可以由下图表示。
如上，T0 ＝ 0，表示起始时间；T1为即T0以后，第一天的零点时间；T2则表示第二天的零点时间；可以看出，对于不同时区，表示规律上的区别只是T1取值不同。从T1时刻开始，T1，T2，T3...，Tn是一个等差序列，公差为一天的时间秒数，记为D ＝ 86400(60*60*24)。
对于任意一个时间，可以表示成：
t ＝ T1 ＋ k × D ＋ m …. 公式1
其中T1是一个时区相关的常量，m为本天之内的秒数，k可以理解为历史上的天数
经过变形可得出 k ＝（t － T1 － m） / D
由于m < D 可进一步简化：
k = （t － T1） / D …. 公式2
k为t时刻所在当天，自T0开始的天数。
对于时刻t，其所在当天零点的时间：
tz ＝ T1 ＋（t － T1） / D × D …. 公式3
tz为 t时刻所在当天零点时间。
基于公式2我们可以判断任意两个时刻t1,t2是否是同一天，基于公式3我们可以求出时刻t1在所在当天所处的时段。基于这两个公式我们还可以扩展更多的相关于天的日期计算，而很容易看出，公式所使用的计算仅仅为整数数值运算而已。
对于星期的计算，我们可以仿造上面的思路。所不同的只有T1的取值为第一个星期的起始时间，如周一的早上零点时刻；D的取值为一周的秒数604800(86400*7)。
通过任意时刻t，我们可以求出其所在当前的零点时间，可以求出所在星期的开始时间，再通过简单的比较，也很容易实现计算出当天星期几等一些相关的扩展，在此不再一一赘述。
常用函数实现
//获取tNow时间的当天零点时间值，零点作为一天的第一秒
time_t GetTodayZeroTime(time_t tNow)
{
return ( ( (tNow - 57600)/86400 )*86400 + 57600 );
}
//判断两个时间是否在同一天, 一天的概念为00:00:00到23:59:59
bool IsInSameDay(time_t tTm1, time_t tTm2)
{
return ( (tTm1 - 57600) / 86400 == (tTm2 - 57600) / 86400 );
}
//获取tNow时间所在这一周的开始时间,即这周周一的0点0分0秒
//计算思路,1980-01-07是周一,这一天0点的整形时间为316022400(按中国时区)
time_t GetWeekBeginTime(time_t tNow)
{
return ( (tNow - 316022400) / 604800 * 604800 + 316022400 );
}
//获取tNow时间所在这一周的结束时间,即这周周日的23点59分59秒
time_t GetWeekEndTime(time_t tNow)
{
return ( (tNow - 316022400) / 604800 * 604800 + 316627199 ); //316022400 + 604800 - 1 );
}
//判断两个时间是否在同一周, 一周的概念为周一的00:00:00到周日的23:59:59
bool IsInSameWeek(time_t tTm1, time_t tTm2)
{
return ( (tTm1 - 316022400) / 604800 == (tTm2 - 316022400) / 604800 );
}
代码讲解
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
time_t GetTodayZeroTime(time_t tNow)
{
return ( ( (tNow - 57600)/86400 )*86400 + 57600 );
}
bool IsInSameDay(time_t tTm1, time_t tTm2)
{
return ( (tTm1 - 57600) / 86400 == (tTm2 - 57600) / 86400 );
}
bool IsInSameWeek(time_t tTm1, time_t tTm2)
{
return ( (tTm1 - 316022400) / 604800 == (tTm2 - 316022400) / 604800 );
}
time_t GetWeekBeginTime(time_t tNow)
{
return ( (tNow - 316022400) / 604800 * 604800 + 316022400 );
}
time_t GetWeekEndTime(time_t tNow)
{
return ( (tNow - 316022400) / 604800 * 604800 + 316627199 ); //316022400 + 604800 - 1 );
}
int main(int argc, char** argv)
{
time_t currtime, one_hour_after, one_day_after, one_week_after;
time(&currtime);
one_hour_after = currtime + 3600; // 1小时之后
one_day_after = currtime + 86400; // 1天之后
one_week_after = currtime + 604800; // 1周之后
printf("Today zero time ==> %d\n", GetTodayZeroTime(currtime));
printf("Week begin time ==> %d\n", GetWeekBeginTime(currtime));
printf("Week end time ==> %d\n", GetWeekEndTime(currtime));
printf("Is in same day ==> (currtime|one_hour_after = %d), (currtime|one_day_after = %d)\n",
IsInSameDay(currtime, one_hour_after), IsInSameDay(currtime, one_day_after));
printf("Is in same week ==> (currtime|one_week_after = %d), (one_day_after|one_week_after = %d)\n",
IsInSameWeek(currtime, one_week_after), IsInSameWeek(one_day_after, one_week_after));
return 0;
}
结果说明
[root@VM_174_171_centos unixtime]# g++ -g -o unixtime_simplify unixtime_simplify.cpp
[root@VM_174_171_centos unixtime]# ./unixtime_simplify
Today zero time ==> 1445097600
Week begin time ==> 1444579200
Week end time ==> 1445183999
Is in same day ==> (currtime|one_hour_after = 1), (currtime|one_day_after = 0)
Is in same week ==> (currtime|one_week_after = 0), (one_day_after|one_week_after = 1)
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date
Sun Oct 18 13:17:37 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -d @1445097600
Sun Oct 18 00:00:00 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -d @1444579200
Mon Oct 12 00:00:00 CST 2015
[root@VM_174_171_centos unixtime]# date -d @1445183999
Sun Oct 18 23:59:59 CST 2015
应用举例
在一些活动、任务逻辑中，常常会需要一个类似自然日内统计的数值，过了一天则数值清零。
对于这种需求，我们通常是以 [数值，更新时间] 来表示，在访问时刻进行时间比较，超过时效则清零。以按自然日清零规则来举例，即是在GetValue(), AddValue()时，判断数值的上次更新时间t_upd, 如果IsInSameDay(t_upd, t_now)则当前数值依然有效，否则清零数值后再进行相关操作。每次修改数值时都将t_upd更新成当前时刻。
国际化考虑
对于不同时区，公式的区别仅仅在于T1的取值，公式的形式和使用并不需要变化。
一种方式是将T1定义成宏，在国际化时对不同时区的版本，使用不同的T1数值。
另一种方式是将T1定义成全局变量，并在server启动时使用系统的localtime()函数，将T1按当地时区进行合适的初始化取值。
不适用于年、月的规则
由于每年的天数、每个月的天数不是固定不变的，所以本文的计算思路不适用于每月几号这样的时间点的判断，基于以往的经验，特定月份特定日期的功能需求并不是很普遍，对于这些功能还是使用localtime()函数来的方便一些。