Linux 下的时间编程总结

在嵌入式编程中中。常常须要输出系统的当前时间、计算程序的运行时间、使用计时器等。近期也做了不少关于时间的操作。今天就认真总结一下，部分内容是在网上看到的。自己经过验证总结出来。

1、时间的类型

1.格林威治标准时间

   coordinated universal time(UTC)是世界标准时间，即常说的格林威治标准时间(greenwich mean time,GMT)。

2.日历时间

   日历时间(calendar time)是用"一个标准时间点(如1970年1月1日0点)到此时经过的秒数"来表示的时间。

2、经常使用时间函数的API

1、获取日历时间

   #include <time.h>

   time_t time(time_t *tloc)

   函数功能 : 获取日历时间，即从1970年1月1日0点到如今所经历的秒数.

   參数 : 通常设置为NULL

　（time_t在time.h中定义：typedef long int time_t）time_t记录自1970年1月1日凌晨以来的秒数，在Linux/Unix上定义为long int类型，在32位系统上，time_t最多仅仅能记录2,147,483,647秒，也就是说到了2038年将会产生溢出（这就是为什么非常多嵌入式设备日期仅仅可以设置到2038年的原因），但在64位系统上不会出现此问题。函数double
difftime(time_t time1, time_t time0);用于比較两个time_t类型的值。

#include <time.h>
 void main()
{
      long lSeconds = 0;
      lSeconds = time(NULL);
      printf("seconds = %ld\n", lSeconds);
}

2、将日历时间转换为格林威治标准时间和本地时间

通经常使用户得到日历时间的秒数后能够将这些秒数转化为更easy接受的时间表示方式，这些表示时间的方式有格林威治时间、本地时间等首先介绍一个表示时间经常使用的数据结构。

 struct tm

 {

      int tm_sec;   //秒值

      int tm_min;   //分钟值

      int tm_hour;  //小时值

      int tm_mday;  //本月第几日

      int tm_mon;   //本年第几月

      int tm_year;  //tm_year+1900=哪一年

      int tm_wday;  //本周第几日

      int tm_yday;  //本年第几日

      int tm_isdst; //日光节约时间

 }

-----------------------------------------------------------------
 tm_sec         |       秒，范围是0~59。                        
 tm_min         |       分，范围是0~59。                        
 tm_hour        |       时，范围是0~23。                        
 tm_mday        |       日，范围是1~31。                        
 tm_mon         |       月，范围是0~11。注意是0到11。           
 tm_year        |       年，自1900以来的年数。                  
 tm_wday        |       星期几。从星期天開始计算，范围是0~6。
 tm_yday        |       一年中的哪一天，0~365。                 

 tm_isdst       |       夏令时间（DST）的一个标志。             
-----------------------------------------------------------------

函数介绍：

struct tm *gmtime(const time_t *timep)

 函数功能  : 将日历时间转化为格林威治标准时间。并保存在tm结构

參数:日历时间的返回值

struct tm* localtime(const time_t *timep)

 函数功能:将日历时间转化为本地时间,并保存至tm结构

 參数:日历时间的返回值。

例：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main(void)
{
　　  struct tm *local;
      time_t t;
      t = time(null);       //获取日历时间
      local = localtime(&t);//将日历时间转化为本地时间，并保存在struct tm结构中
      printf("local hour is :%d\n",local->tm_hour);
      local = gmtime(&t);   //将日历时间转化为格林威治时间。并保存在struct tm结构中
      printf("utc hour is :%d\n",local->tm_hour);
      return 0;
}

3、时间显示

利用函数gmtime()、localtime()能够将日历时间转化为格林威治时间和本地时间，尽管用户可通过结构体tm来获取这些时间值，但看起来还不方便，最好是将全部的信息。如年、月、日、星期、时、分、秒以字符串的形式显示出来。

char *asctime(const struct tm *tm)

函数功能:将tm格式的时间转化为字符串

參数:日历时间的返回值

比如: SAT Jul 30 08:43:03 2005

该函数必须依照以下3个步骤来进行.

   <1>使用函数time()来获取日历时间

   <2>使用函数gmtime()将日历时间转化为格林威治标准时间

   <3>使用函数asctime()将tm格式的时间转化为字符串

例：

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

int main(void)
{
      struct tm *ptr;
      time_t lt;
      lt = time(null);        //获取日历时间
      ptr = gmtime(<);        //转化为格林威治时间*/
      printf(asctime(ptr)); //以格林威治时间的字符串方式打印
      printf(ctime(<));     //以本地时间的字符串方式打印*/
      return 0;
}

char *ctime(const time_t *timep)

 函数功能:将日历时间转化为本地时间的字符串形式

 參数:日历时间的返回值。

该函数.必须依照以下2个步骤来进行.

   <1>使用函数time()来获取日历时间

   <2>使用函数ctime()将日历时间直接转化为字符串

PS：有time函数将time_t值转换为struct tm类型值，函数mktime 能够将struct
tm类型值转换为time_t类型的值。其原型为：

time_t mktime(struct tm *tm);

4、计算事件耗时

int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz)

函数功能 : 获取从今日凌晨(0:0:0)到如今的时间差。经常使用于计算事件耗时

參数1 : 存放从今日凌晨(0:0:0)到如今的时间差，时间差以秒或微秒为单位，以结构体形式存放

參数2 : 常设置为null

函数使用方法:能够在做某件事情之前调用gettimeofday()。在做完该件事情之后调用gettimeofday()，两个函数的參数1的差就是做该事情所消耗的时间。

也常常在程序中作为定时器处理，比方每隔多长时间时间运行一次什么事件。

struct timeval

{

           int tv_sec;    //秒数

           int tv_usec;   //微秒数

}

// 计算时间差。单位毫秒
int elapsed_time(struct timeval *ct, struct timeval *lt)
{
	int elapsed = (ct->tv_sec - lt->tv_sec) * 1000 + (ct->tv_usec - lt->tv_usec) / 1000;
	return elapsed;
}

5、设置系统时钟

这里要介绍两个函数，同time和gettimeofday相应，stime和settimeofday，原型例如以下：

int stime(time_t *t);
int settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);

仅仅是settimeofday设置的时间比stime更精确罢了。

6、延时函数

（1）unsigned int sleep(unsigned int seconds)

函数功能 : 使程序睡眠seconds秒

參数 : 须要休眠的秒数

（2）void usleep(unsigned long usec)

函数功能 : 使程序睡眠usec微秒

參数 : 须要休眠的秒数

7、定时器

unsigned alarm(unsigned seconds);

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void alarm_handler(int signum)
{
	rintf("Five seconds passed!\n");
}
void func(void)
{
	signal(SIGALRM, alarm_handler);
	alarm(5);
	pause();
}
int main(void)
{
	func();
	return 0;
}

程序将在5秒之后运行alarm_handler函数，这里还使用了pause函数。用于挂起进程直到捕捉到一个信号时才退出。注意alarm一次仅仅能发送发送一个信号。假设要再次发送信号。须要又一次调用alarm函数。

除了alarm外。还能够使用setitimer来设置定时器，使用getitimer来获取定时器的状态，原型例如以下：

int setitimer(int which, const struct itimerval *restrict value, struct itimerval *restrict ovalue);

int getitimer(int which, struct itimerval *value);

说明：

须要包括头文件sys/time.h

which參数有三种取值：

ITIMER_REAL 按实际时间记时，时间到了之后发送SIGALRM信号。相当于alarm。

ITIMER_VIRTUAL 仅当进程运行时才进行记时，发送SIGVTALRM信号。

ITIMER_PROF 当进程运行时和系统运行该进程时都记时。发送的是SIGPROF信号。

struct itimerval用来指定定时时间。定义例如以下：

struct itimerval 

{

struct timerval it_interval;
/* next value */

struct timerval it_value;
/* current value */

};

在setitimer函数中，ovalue假设不为空，则保留上次调用设置的值。

3、时间函数的安全使用方法

      在写代码的时候。常常会用到读取系统时间的函数。

localtime函数不是线程安全的。假设在多线程里调用localtime函数，非常可能会出现故障。

多线程应用里面。应该用localtime_r函数替代localtime函数，由于localtime_r是线程安全的。

相同gmtime函数和gmtime_r函数

char *asctime(const struct tm *tm);

char *asctime_r(const struct tm *tm, char *buf);

char *ctime(const time_t *timep);

char *ctime_r(const time_t *timep, char *buf);



struct tm *gmtime(const time_t *timep);

struct tm *gmtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);



struct tm *localtime(const time_t *timep);

struct tm *localtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);



time_t mktime(struct tm *tm);

gmtime() 函数将日历时间timep转换为用UTC时间表示的时间。它可能返回NULL，比方年份不能放到一个整数中。返回值指向一个静态分配的结构，该结构可能会被接下来的不论什么日期和时间函数调用覆盖。gmtime_r()函数功能与此同样，可是它能够将数据存储到用户提供的结构体中。

localtime() 函数将日历时间timep转换为用户指定的时区的时间。

这个函数的行为好像是它调用了tzset(3) 而且将外部变量tzname设置为当前时区的信息。将timezone设为UTC和本地标准时间的差值，而且，假设在一年的部分时间使用日光节约规则时将daylight设置为非空值。返回值指向一个静态分配的结构，该结构可能会被接下来的不论什么日期和时间函数调用覆盖。

localtime_r()函数功能与此同样，可是它能够将数据存储到用户提供的结构体中。它不须要设置tzname。

4、时间函数功能測试

例1：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main()
{
	time_t cur_time = time(NULL);
	if (cur_time < 0)
	{
		perror("time");
		return -1;
	}
	struct tm utc_tm;
	if (NULL == gmtime_r(&cur_time, &utc_tm))
	{
		perror("gmtime");
		return -1;
	}
	struct tm local_tm;
	if (NULL == localtime_r(&cur_time, &local_tm))
	{
		perror("localtime" );
		return -1;
	}
	printf("UTC = %s", asctime(&utc_tm));
	printf("LOC = %s", asctime(&local_tm));
	printf("LOC = %s", ctime(&cur_time));
	return 0;
}

输出结果：

xzg@byxc-PDSML:~/test$ gcc -o time time.c 

xzg@byxc-PDSML:~/test$ ./time 

UTC = Tue Jul 15 01:41:08 2014

LOC = Tue Jul 15 09:41:08 2014

LOC = Tue Jul 15 09:41:08 2014

系统时间使用了UTC，能够看到“本地时间=
UTC时间 + 8”，输出正确。

例2：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main()
{
	time_t cur_time = time(NULL);
	if (cur_time < 0)
	{
		perror("time");
		return -1;
	}

	struct tm *utc_tm = gmtime( &cur_time );
	if( NULL == utc_tm )
	{
		perror("gmtime" );
		return -1;
	}

	<strong>printf("UTC = %s", asctime(utc_tm) );</strong>

	struct tm *local_tm = localtime( &cur_time );
	if( NULL == local_tm )
	{
		perror("localtime" );
		return -1;
	}

	printf("LOC = %s", asctime(local_tm) );
	printf("LOC = %s", ctime(&cur_time) );
	return 0;
}

输出结果：

xzg@byxc-PDSML:~/test$ gcc -o time1 time1.c 

xzg@byxc-PDSML:~/test$ ./time1

UTC = Tue Jul 15 02:00:38 2014

LOC = Tue Jul 15 10:00:38 2014

LOC = Tue Jul 15 10:00:38 2014

xzg@byxc-PDSML:~/test$

例3：

#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main()
{
	time_t cur_time = time(NULL);
	if (cur_time < 0)
	{
		perror("time");
		return -1;
	}

	struct tm *utc_tm = gmtime( &cur_time );
	if( NULL == utc_tm )
	{
		perror("gmtime" );
		return -1;
	}

	struct tm *local_tm = localtime( &cur_time );
	if( NULL == local_tm )
	{
		perror("localtime" );
		return -1;
	}
        <strong>printf("UTC = %s", asctime(utc_tm) );</strong>
	printf("LOC = %s", asctime(local_tm) );
	printf("LOC = %s", ctime(&cur_time) );
	return 0;
}

输出结果：

xzg@byxc-PDSML:~/test$ gcc -o time1 time1.c 

xzg@byxc-PDSML:~/test$ ./time1              

UTC = Tue Jul 15 10:03:26 2014

LOC = Tue Jul 15 10:03:26 2014

LOC = Tue Jul 15 10:03:26 2014

这程序输出有错，UTC时间和本地时间同样了“可能会被接下来的不论什么日期和时间函数调用覆盖”造成的。

总结：

        使用gmtime和localtime后要马上处理结果。否则返回的指针指向的内容可能会被覆盖。一个好的方法是使用gmtime_r和localtime_r，因为使用了用户分配的内存。这两个函数是不会出错的。