Linux中表示“时间”的结构体和相关函数

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 Linux中表示“时间”的结构体和相关函数 2011-09-13 17:01:13

分类： C/C++

 

在Linux系统中，表示“时间”概念的结构体有多个，相关的时间处理函数也有很多，给人以很混乱的感觉。导致了当我们真正要使用这些结构体和函数的时候，却不知道到底该用哪个结构体和哪些函数。有必要加以归纳总结一下。通过查看头文件/usr/include/time.h 和 /usr/include/bits/time.h
 
（1）我们可以找到下列四种表示“时间”的结构体：
  1. /* Returned by `time‘. */
  2. typedef __time_t time_t;
  4. /* A time value that is accurate to the nearest
  5.    microsecond but also has a range of years. */
  6. struct timeval
  7. {
  8.     __time_t tv_sec;       /* Seconds. */
  9.     __suseconds_t tv_usec; /* Microseconds. */
  10. };
  12. struct timespec
  13. {
  14.     __time_t tv_sec;        /* Seconds. */
  15.     long int tv_nsec;       /* Nanoseconds. */
  16. };
  17. struct tm
  18. {
  19.   int tm_sec;            /* Seconds.    [0-60] (1 leap second) */
  20.   int tm_min;            /* Minutes.    [0-59] */
  21.   int tm_hour;           /* Hours.    [0-23] */
  22.   int tm_mday;           /* Day.        [1-31] */
  23.   int tm_mon;            /* Month.    [0-11] */
  24.   int tm_year;           /* Year    - 1900. */
  25.   int tm_wday;           /* Day of week.    [0-6] */
  26.   int tm_yday;           /* Days in year.[0-365]    */
  27.   int tm_isdst;          /* DST.        [-1/0/1]*/
  29. #ifdef    __USE_BSD
  30.   long int tm_gmtoff;        /* Seconds east of UTC. */
  31.   __const char *tm_zone;     /* Timezone abbreviation. */
  32. #else
  33.   long int __tm_gmtoff;       /* Seconds east of UTC. */
  34.   __const char *__tm_zone;    /* Timezone abbreviation. */
  35. #endif
  36. };
其中：
time_t 是一个长整型，用来表示秒数。
struct timeval 结构体是用秒和微妙来表示时间。
struct timespec 结构体是用秒和纳秒来表示时间。
struct tm 直接用秒、分、小时、天、月、年等来表示时间。
很显然它们的精度是各不相同的。位各种不同的需要提供各种不同的选择。
 
（2）在Linux系统中我们如何获取当前的时间？
#include
time_t time(time_t *t);
可以获取精确到秒的当前距离1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)的秒数。
#include
int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
可以获取精确到微秒当前距离1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)的微秒数。
#include
int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec *tp);
可以获取精确到纳秒当前距离1970-01-01 00:00:00 +0000 (UTC)的纳秒数。
例子：
  1. #include <time.h>
  2. #include <stdio.h>
  4. int main()
  5. {
  6.         struct timespec ts;
  8.         clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts);
  9.         printf("%.24s %ld Nanoseconds\n", ctime(&ts.tv_sec), ts.tv_nsec);
  11.         return 0;
  12. }
编译：gcc -Wall -lrt -o mytime time.c （注意要加入链接选项 -lrt ）
运行：./mytime
结果：Tue Sep 13 18:04:44 2011 740953975 Nanoseconds
总结：我们可以通过上面三个函数获得三种不同精度的当前时间。
注：POSIX.1-2008 marks gettimeofday() as obsolete, recommending the use of clock_gettime(2) instead.
并且，有人曾经做过测试，连续两次使用gettimeofday时，会以一种小概率出现"时光倒流"的现象，第二次函数调用得到的时间要小于或说早于第一次调用得到的时间。gettimeofday函数并不是那么稳定，没有times或clock计时准确，但它们用法相似。clock有计时限制，据说是 596.5+小时，一般情况足以应付。”(摘录自网上)
“ntpd之类的进程可能会修改系统时间，导致计时出现误差。据网上的讨论来看，TSC和HPET中断之类的东西，可能导致系统的wall time回退。这个应该和具体的系统实现有关了，总之gettimeofday函数并没有保证提供怎样的精度，也不保证得到系统的准确时间，它返回的结果是"the system‘s best guess at wall time"(摘录自网上)
有可能的话，尽量使用clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)，不过不是所有系统都实现了posix realtime，例如mac os x”(摘录自网上)所以现在应该用：int clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, struct timespec *tp);
CLOCK_MONOTONIC：Clock that cannot be set and represents monotonic time since some unspecified starting point.
（3）秒、毫秒、微秒、纳秒之间的转换
1秒 == 1000毫秒
1毫秒 == 1000微秒
1微秒 == 1000纳秒
so:
1秒 == 1000,000微秒（一百万微秒）
1秒 == 1000,000,000纳秒（十亿纳秒）
从秒到毫秒，毫秒到微秒，微秒到纳秒都是1000的倍关系，也就是多3个0的关系。
另：个人电脑的微处理器执行一道指令（如将两数相加）约需2至4纳秒。所以程序只要精确到纳秒就够了。
 
（4）我们如何对时间进行格式化和输出呢？
  1. #include <time.h>
  3. char *asctime(const struct tm *tm);
  4. char *asctime_r(const struct tm *tm, char *buf);
  6. char *ctime(const time_t *timep);
  7. char *ctime_r(const time_t *timep, char *buf);
  9. sizt_t strftime(char *s, size_t max, const char *format, const struct tm *tm);
很显然，要严格控制时间的输出格式，只能用strftime函数，但是该函数只能对struct tm表示的时间进行输出，所以这里要涉及到struct timeval, struct timespec, time_t等表示的时间如何转换成struct tm的形式。另外因为strutc tm只能精确到秒，所i毫秒、微秒、纳秒只能另外进行输出了。
所以，我们采取的方式是：
首先将struct timeval, struct timespec等转换成time_t表示的秒数；
  1. struct timeval tv;
  2. struct timespec ts;
  3. time_t sec_tv = tv.tv_sec;
  4. time_t sec_ts = ts.ts_sec;
然后利用下列函数将time_t转换成struct tm，
  1. struct tm *gmtime(const time_t *timep);
  2. struct tm *gmtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);
  3. 或者：
  4. struct tm *localtime(const time_t *timep);
  5. struct tm *localtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);
最后利用strftime函数进行格式化，得到最后的时间字符串。
至于毫秒、微秒、纳秒另外用进行输出。
例子：
  1. #include <time.h>
  2. #include <sys/time.h>
  3. #include <stdio.h>
  5. int main()
  6. {
  7.         struct timeval tv;
  8.         char strTime[32];
  10.         gettimeofday(&tv, NULL);
  11.         struct tm *ptm = gmtime(&tv.tv_sec);  //将秒转换成struct tm的形式
  12.         strftime(strTime, 32, "%F %T", ptm);
  13.         printf("%s ", strTime); //输出精确到秒
  14.         printf("%ld Micorseconds\n", (long)tv.tv_usec); //输出微秒
  16.         return 0;
  17. }
输出结果：2011-09-14 03:22:42 427880 Micorseconds
另：
形如gmtime和形如gmtime_t函数的区别是，gmtime获得的返回的结果存在于一个static的struct tm型的变量中，可能被后面的gmtime调用覆盖掉，如果要防止覆盖，我们可以自己提供一个struct tm 型的变量，利用gmtime_r函数，将我们自己定义的变量的地址传进去，将结果保存在其中。这样就可以避免覆盖。
 
关于ctime和asctime等函数得到的时间字符串，它具有指定的形如（"Wed Jun 30 21:49:08 1993\n"）的格式，所以不利与我们不能进行格式化。注意该格式的最后具有换行符：‘\n‘.

以上是关于Linux中表示“时间”的结构体和相关函数的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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关于在系统中表示路径的数据结构的建议

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