Mdr-C-Tutorial

20. 日期与时间 ​

C 语言提供了 time.h 头文件来处理日期和时间。这个库包含了处理时间的函数和类型定义。

1. 重要的时间类型 ​

1.1 日历时间 time_t ​

time_t 是一个用于存储时间的基本类型，通常是一个长整型，表示从 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC（称为 UNIX 纪元）开始经过的秒数。

1.2 分解时间 struct tm ​

struct tm 是一个用于保存日期和时间信息的结构体，包含以下成员：

c
struct tm {
    int tm_sec;   // 秒 (0-60)
    int tm_min;   // 分 (0-59)
    int tm_hour;  // 时 (0-23)
    int tm_mday;  // 日 (1-31)
    int tm_mon;   // 月 (0-11，0 表示一月)
    int tm_year;  // 年 (从 1900 年开始的年数)
    int tm_wday;  // 星期几 (0-6，0 表示星期日)
    int tm_yday;  // 一年中的第几天 (0-365)
    int tm_isdst; // 夏令时标志
};

2. 常用时间函数 ​

2.1 获取当前时间 ​

c
time_t time(time_t* timer);

这个函数返回当前的系统时间。

2.2 时间转换函数 ​

c
struct tm* localtime(const time_t* timer); // 将 time_t 转换为本地时间
struct tm* gmtime(const time_t* timer); // 将 time_t 转换为 UTC 时间
time_t mktime(struct tm* timeptr); // 将 struct tm 转换为 time_t

2.3 格式化时间字符串 ​

c
[[deprecated]] char* ctime(const time_t* timer); // 将 time_t 转换为字符串
[[deprecated]] char* asctime(const struct tm* timeptr); // 将 struct tm 转换为字符串

size_t strftime(char* str, size_t maxsize, const char* format, const struct tm* timeptr); // 格式化时间字符串

2.4 使用示例 ​

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

int main() {
    // 获取当前时间
    time_t now;
    time(&now);

    // 转换为本地时间
    struct tm *local = localtime(&now);

    // 使用 strftime 格式化输出
    char str[80];
    strftime(str, sizeof(str), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", local);
    printf("当前时间：%s\n", str);

    // 使用 ctime 直接输出
    // printf("ctime 输出：%s", ctime(&now));

    return 0;
}

若本地时间为 2026 年 7 月 26 日 14:30:00，输出为：

bash

当前时间：2026-07-26 14:30:00

动手试试

strftime 交互页面可以逐个编辑 struct tm 的成员，查看每个转换说明符读取哪些成员、输出什么。页面依据 C23 的 "C" 区域设置，实现定义的部分按 x86-64 Linux（glibc，TZ=UTC）处理；所读成员超出正常范围时会直接给出提示。%Ob、%OB 从 C23 开始才可用；页面上的 tm_gmtoff 与 tm_zone 是 glibc 和 POSIX 的扩展成员，不属于 ISO C。

2.5 可重入 (Reentrant) 的时间函数 ​

ctime()、asctime()、localtime()、gmtime() 返回的指针通常指向静态存储区，因此并发场景下需要额外同步。ctime() 与 asctime() 在 C23 中已被弃用，推荐统一使用 strftime() 做格式化输出。

localtime_r() 与 gmtime_r() 原属 POSIX，C23 起纳入 ISO C。它们把结果写入调用方提供的 struct tm 对象：

c
struct tm *localtime_r(const time_t *timer, struct tm *buf); // C23 起
struct tm *gmtime_r(const time_t *timer, struct tm *buf);    // C23 起
c
#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main(void) {
    time_t now = time(NULL);
    struct tm *tm_ptr = localtime(&now);
    char buf[64];

    if (tm_ptr == NULL) {
        return 1;
    }

    if (strftime(buf, sizeof(buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", tm_ptr) == 0) {
        return 1;
    }

    puts(buf);
    return 0;
}

在同一假设下，输出为：

bash

2026-07-26 14:30:00

3. 计时函数 ​

3.1 CPU 时间 clock() ​

clock() 返回进程消耗的处理器时间刻度值，单位不是秒，而是“时钟滴答”。要换算为秒，需要除以 CLOCKS_PER_SEC。

c
clock_t start = clock();
/* ... 计算任务 ... */
clock_t end = clock();
double cpu_seconds = (double)(end - start) / CLOCKS_PER_SEC;

它适合粗粒度性能估计，不适合做高精度墙钟时间测量。

3.2 宏 CLOCKS_PER_SEC ​

这个宏给出 clock() 结果转秒的换算因子。它是编译期常量，不同实现可能取不同值，因此不应手写假定值。

4. 高精度时间测量函数 ​

C 语言中提供了一种结构体 struct timespec，用于表示高精度（精确到纳秒的）时间。

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

4.1 获取高精度当前时间 ​

ISO C 标准接口是 timespec_get（C11 起）：

c
int timespec_get(struct timespec *ts, int base);

当 base == TIME_UTC 且函数返回 TIME_UTC 时，ts 中写入当前 UTC 时间。

c
struct timespec ts;
if (timespec_get(&ts, TIME_UTC) == TIME_UTC) {
    /* ts.tv_sec 与 ts.tv_nsec 可用 */
}

4.2 获取时钟分辨率 ​

C23 新增了 timespec_getres，用于查询指定时间基准的分辨率：

c
int timespec_getres(struct timespec *res, int base);

C23 之前，可以改用平台提供的接口。

5. 时间计算 ​

5.1 计算时间差 ​

c
double difftime(time_t time2, time_t time1);  // 返回两个时间之间的秒数差

difftime(time2, time1) 计算 time2 - time1，结果以秒为单位，类型为 double。当 time_t 不是简单整数类型时，difftime 比直接相减更可靠。

5.2 时间操作示例 ​

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

int main() {
    time_t start, end;

    time(&start);
    // 执行一些操作
    time(&end);

    double diff = difftime(end, start);
    printf("耗时：%f 秒\n", diff);

    return 0;
}

两次 time 调用之间几乎没有其他操作，通常得到相同的值，此时输出为：

bash

耗时：0.000000 秒

6. 习题 ​

#12001
⚡1⏳3

实现 time_duration 结构体，并实现以下操作：

  • struct time_duration duration(time_t, time_t)；
  • time_t post(time_t, const struct time_duration *)；
  • time_t pre(time_t, const struct time_duration *)；
  • time_duration 之间的加法和减法；
  • time_duration 与 int 之间的乘法；
#12002
⚡4⏳6拓展

实现 struct tm strptime(const char* str, const char* format) 函数，用于从一个字符串当中按照特定格式读取时间信息。

#12003
⚡2⏳3

实现 int days_between(int year1, int month1, int day1, int year2, int month2, int day2) 函数，返回两个日期之间的天数。

#12004
⚡4⏳3

使用公历规则计算十亿秒后的时刻：

c
#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>

typedef struct {
    int64_t year;
    unsigned month;
    unsigned day;
    unsigned hour;
    unsigned minute;
    unsigned second;
} CivilTime;

bool add_gigasecond(CivilTime start, CivilTime *out);

要求：

  1. 输入采用无时区的公历时刻，年份不小于 1；秒的取值范围为 0 到 59，不考虑闰秒。
  2. 使用公历闰年规则，不调用依赖本地时区的转换函数。
  3. 结果必须恰好比输入晚 1000000000 秒。
  4. 日期无效、out 为 NULL 或年份计算溢出时返回 false，并保持输出对象不变。