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40 C 语言日期与时间函数详解：time、ctime、difftime、clock（含 UTC/本地时间转换）

news 2025/6/13 19:49:51

1 UTC 时间与本地时间

1.1 UTC 时间

  • 定义：UTC（Coordinated Universal Time，协调世界时）是全球统一的时间标准，以原子钟的高精度计时为基础，独立于地球自转。
  • 特点：
    • 不受地理位置或时区影响，是全球各时区统一参考的时间基准。
    • 通过引入闰秒（每年最多增加或减少 1 秒）进行调整，以补偿地球自转速度的微小变化。
    • 确保与基于地球自转的天文时间（UT1）之间的偏差不超过 0.9 秒。
  • 示例：2025-05-20 17:20:00 UTC 表示全球统一的时间点。

1.2 本地时间

  • 定义：本地时间（Local Time） 是指将协调世界时（UTC）根据所在时区的偏移量进行调整后的时间，用于满足日常生活中对时间显示和使用的需求。
  • 时区（Time Zone）：
    • 全球被划分为 24 个主要时区，相邻时区之间通常相差 1 小时。
    • 部分国家或地区采用 30 分钟或 45 分钟 的非整点时区偏移，如印度（UTC+5:30）、尼泊尔（UTC+5:45）。
    • 时区通常以 UTC+X 或 UTC−X 的形式表示：
      • UTC+8（如北京时间）表示比 UTC 快 8 小时。
      • UTC−5（如美国东部标准时间）表示比 UTC 慢 5 小时。
  • 夏令时（Daylight Saving Time, DST）：
    • 某些地区在夏季实行夏令时，通常将时间提前 1 小时（把钟表的时间从当前时间向后调快 1 小时），以更好地利用自然光照，节约能源。
    • 夏令时的开始与结束时间因国家和地区而异，可能导致本地时间与 UTC 的偏移在一年中发生临时变化。
  • 示例：假设当前 UTC 时间为：2025-05-20 12:00:00
    • 北京（UTC+8） 的本地时间为：2025-05-20 20:00:00
    • 纽约（UTC−5，非夏令时期间） 的本地时间为：2025-05-20 07:00:00

1.3 UTC 与本地时间的转换

  • 转换公式：
    • 本地时间 = UTC 时间 + 时区偏移量（需考虑是否启用夏令时）
    • UTC 时间 = 本地时间 - 时区偏移量（需考虑是否启用夏令时）
  • 示例：
    • 若北京时间（UTC+8，非夏令时）为 2025-05-20 10:00:00，则对应的 UTC 时间为：
      • UTC 时间 = 10:00 - 8 = 02:00，即 2025-05-20 02:00:00
    • 若 UTC 时间为 2025-05-20 12:00:00，则纽约时间（UTC-5，非夏令时）为：
      • 本地时间 = 12:00 + (-5) = 07:00，即 2025-05-20 07:00:00

1.4 时间戳

  • 定义：时间戳（Timestamp）通常表示自 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC（称为 Unix 纪元）以来经过的秒数。
  • 特点：
    • 是 UTC 时间的一种数值化表示形式，不依赖于任何时区。
    • 便于程序进行时间的比较、存储和计算。

2 time() 函数

2.1 函数原型

#include <time.h>  // 必须包含此头文件才能使用 time() 函数time_t time(time_t *timer);

2.2 功能说明

        time() 函数用于获取当前的日历时间（即从 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC 开始经过的秒数，不包括闰秒），并将其作为 time_t 类型的值返回。

        time_t 类型通常是一个长整型（如 long 或 long long），用于表示时间戳（秒数）。在 printf 中输出时，常用 %ld 或 %lld 作为占位符，具体取决于平台。最常用写法（搭配强制转换）：printf("%ld", (long)now) 。

  • 参数：
    • timer：一个指向 time_t 类型变量的指针。
      • 如果该参数不为 NULL，则当前时间也会被存储到该指针指向的变量中；
      • 若为 NULL，则仅返回时间值。
  • 返回值：
    • 成功时返回当前的时间值（以秒为单位的 time_t 类型）。
    • 如果失败（例如系统无法获取当前时间），返回 (time_t)(-1)。

2.3 注意事项

  1. 精度限制：time() 的精度是秒级，不能获取毫秒或微秒级别的时间。
  2. 跨平台兼容性：time() 是标准 C 库函数，在所有支持 C 标准库的平台上都可用。
  3. 避免频繁调用：虽然性能通常不是问题，但在高并发或实时系统中应谨慎使用。
  4. 错误处理：虽然很少发生错误，但建议检查返回值是否为 (time_t)-1。

2.4 应用场景

  1. 记录日志时间戳：用于生成带有时间信息的日志内容。
  2. 程序运行计时：可以结合两次调用 time() 来计算程序执行时间（适用于秒级精度）。
  3. 超时判断：用于判断某个操作是否在规定时间内完成。
  4. 文件/数据有效期控制：如生成带有时效性的缓存文件或令牌。
  5. 用户界面显示时间：在 GUI 或 CLI 中显示当前日期和时间。
  6. 生成唯一标识符：基于时间戳生成简单的唯一 ID（注意重复风险）。

2.5 示例程序

#include <stdio.h>
#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 time() 函数int main()
{time_t current_time; // 声明一个 time_t 类型的变量来存储当前时间戳// 情况 1：参数为 NULL，仅返回当前时间值time_t returned_time = time(NULL);// 可选的检查返回值if (returned_time == (time_t)-1){printf("无法获取当前时间（参数为 NULL 的情况）。\n");}else{printf("情况1（参数为 NULL）：当前时间戳：%ld\n", (long)returned_time);}// 情况 2：参数为非 NULL，当前时间会被存储到指针指向的变量中time(&current_time); // 传入变量的地址，将当前时间戳存储到该变量中// 一般不检查返回值，直接使用printf("情况2（参数为非 NULL）：当前时间戳：%ld\n", (long)current_time);return 0;
}

        程序在 VS Code 中的运行结果如下所示：

3 ctime() 函数

3.1 函数原型

#include <time.h>  // 必须包含此头文件才能使用 ctime() 函数char *ctime(const time_t *timer);

3.2 功能说明

        ctime() 函数用于将 time_t 类型表示的时间值（即时间戳）转换为一个可读性良好的字符串形式，返回的是一个表示本地时间的字符串。

  • 参数：
    • timer：指向一个 time_t 类型变量的指针，表示要转换的时间值。
  • 返回值：
    • 成功时返回一个指向静态字符数组的指针，该数组中保存了格式化后的时间字符串；
    • 如果失败（如传入的 timer 为 NULL 或系统内部错误），则返回 NULL。

3.3 注意事项

  1. 自动换行符：返回的字符串末尾包含一个 \n 换行符。
  2. 结果不可修改：返回的字符串是只读的，不应尝试修改其内容。
  3. 依赖系统本地时区：ctime() 返回的是本地时间，受操作系统时区设置影响。
  4. 返回值需检查：虽然很少失败，但应检查是否为 NULL。

3.4 应用场景

  1. 打印当前时间：快速输出程序运行时的当前时间。
  2. 日志记录：在日志信息前加上可读的时间戳。
  3. 调试辅助：在调试过程中查看当前时间。
  4. 简单时间显示：适用于不需要自定义格式的界面或控制台输出。

3.5 示例程序

#include <stdio.h>
#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 time() 和 ctime() 函数int main()
{time_t current_time; // 声明一个 time_t 类型的变量来存储当前时间戳// 情况 1：参数为 NULL，仅返回当前时间值time_t returned_time = time(NULL);// 可选的检查返回值if (returned_time == (time_t)-1){printf("无法获取当前时间（参数为 NULL 的情况）。\n");}else{printf("情况1（参数为 NULL）：当前时间戳：%ld\n", (long)returned_time);// 使用 ctime 输出可读时间字符串printf("情况1 对应的本地时间：%s", ctime(&returned_time)); // 不需要换行符，ctime() 函数会自动添加}// 情况 2：参数为非 NULL，当前时间会被存储到指针指向的变量中time(&current_time); // 传入变量的地址，将当前时间戳存储到该变量中printf("情况2（参数为非 NULL）：当前时间戳：%ld\n", (long)current_time);// 使用 ctime 输出可读时间字符串printf("情况2 对应的本地时间：%s", ctime(&current_time)); // 不需要换行符，ctime() 函数会自动添加return 0;
}

        程序在 VS Code 中的运行结果如下所示：

    4 difftime() 函数

    4.1 函数原型

    #include <time.h>  // 必须包含此头文件才能使用 difftime() 函数double difftime(time_t time2, time_t time1);

    4.2 功能说明

            difftime() 函数用于计算两个时间点之间的时间差（以秒为单位）。这两个时间点通常是由 time() 函数获取的 time_t 类型的时间戳。

    • 参数：
      • time2：结束时间，一个 time_t 类型值。
      • time1：开始时间，一个 time_t 类型值。
    • 返回值：
      • 返回 time2 - time1 的差值，结果以 double 类型表示，单位为秒；
      • 如果 time2 比 time1 小（即结束时间早于开始时间），则返回负数。

    4.3 注意事项

    1. 返回值为 double：可以表示非整数秒的时间差（如某些系统支持更高精度时间），适合更精确的计时。
    2. 顺序影响结果：difftime(time2, time1) 表示从 time1 到 time2 的时间差，注意参数顺序。
    3. 常用于性能测试：适用于粗略测量代码执行时间（如秒级或亚秒级）。
    4. 可以跨时区比较：时间戳本质上是 UTC 时间，不受本地时区影响，因此适合用于跨时区的时间差计算。

    4.4 应用场景

    1. 程序运行时间统计：记录某段代码执行前后的时间戳，并计算耗时。
    2. 超时控制：判断某个操作是否在规定时间内完成。
    3. 用户行为分析：记录用户操作之间的间隔时间。
    4. 日志记录：输出事件发生的时间间隔，便于后续分析。
    5. 定时任务调度：用于判断是否满足触发条件。

    4.5 示例程序

    #include <stdio.h>
#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 time() 和 difftime() 函数int main()
{time_t start_time, end_time; // 定义两个 time_t 变量用于保存时间戳printf("程序开始计时...\n");start_time = time(NULL); // 获取开始时间// 模拟耗时操作（通过循环延时）for (unsigned long long i = 0; i < 10000000000LL; ++i); // 简单延迟end_time = time(NULL); // 获取结束时间// 使用 difftime 计算时间差double elapsed_seconds = difftime(end_time, start_time);printf("程序结束计时。\n");printf("经过的时间：%lf 秒\n", elapsed_seconds);return 0;
}

            程序在 VS Code 中的运行结果如下所示：

    5 clock() 函数

    5.1 函数原型

    #include <time.h>  // 必须包含此头文件才能使用 clock() 函数clock_t clock(void);

    5.2 功能说明

            clock() 函数返回自程序启动以来（或程序进入当前状态以来）的处理器时间（CPU 时间），单位通常是 “时钟滴答”（clock ticks）。该时间以 clock_t 类型表示，通常用于测量一段代码的 CPU 执行时间。

    • 返回值：
      • 返回当前进程使用的处理器时间（CPU 时间），单位为 CLOCKS_PER_SEC（每秒的时钟滴答数），而不是秒数；
        • 示例：如果 CLOCKS_PER_SEC 是 1000000，则 clock() 返回的值除以 1000000 可以得到秒数。
        • 因此，clock() 返回的滴答数除以 CLOCKS_PER_SEC 可以得到以秒为单位的 CPU 时间。
      • 返回 (clock_t)(-1)（通常是 -1），并可能设置 errno（但标准未明确要求设置 errno，具体行为依赖实现）。

    5.3 注意事项

    1. 仅限于当前进程：只能用于测量当前进程内的 CPU 使用情况。
    2. 精度问题：在某些系统上，CLOCKS_PER_SEC 的值可能较低（如 100），导致 clock() 的分辨率不高，适合粗略估计而非高精度计时。
    3. 平台差异性：不同操作系统实现可能有所不同，尤其注意 CLOCKS_PER_SEC 的值。
    4. 返回类型：返回类型是 clock_t，需根据具体平台将其转换为秒（除以 CLOCKS_PER_SEC）或其他时间单位进行解释。

    5.4 应用场景

    1. 性能分析：评估特定算法或代码段的执行效率。
    2. 调试辅助：帮助开发者了解某部分代码是否耗时过长。
    3. 资源监控：监测程序运行过程中对 CPU 资源的占用情况。
    4. 测试工具开发：构建自动化测试框架中的一部分，用于度量测试案例的执行速度。

    5.5 示例程序

    #include <stdio.h>
#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 clock() 函数int main()
{// 记录开始时间clock_t start_time = clock();// 模拟一个耗时的操作for (unsigned long long i = 0; i < 10000000000LL; ++i); // 简单延迟// 记录结束时间clock_t end_time = clock();// 计算消耗的 CPU 时间，并将其转换为秒(除以 CLOCKS_PER_SEC)double cpu_time_used = ((double)(end_time - start_time)) / CLOCKS_PER_SEC;printf("模拟操作消耗的 CPU 时间: %lf 秒\n", cpu_time_used);return 0;
}

            程序在 VS Code 中的运行结果如下所示：

    6 日期与时间函数总结

    函数名功能参数返回值
    time获取当前时间戳（自 1970-01-01 00:00:00 UTC 起经过的秒数）time_t *timer：可为 NULL，用于接收时间戳成功返回时间戳（time_t 类型），失败返回 (time_t)-1
    ctime将时间戳转换为可读的本地时间字符串（格式固定，带换行符）const time_t *timer：指向时间戳的指针成功返回指向静态字符串的指针，失败返回 NULL
    difftime计算两个时间点之间的时间差（以秒为单位）time_t time2, time_t time1：两个时间点返回 time2 - time1 的差值（double 类型，单位为秒）
    clock获取当前进程使用的 CPU 时间（从程序启动开始计算）无参数成功返回 CPU 使用时间（以时钟周期为单位），失败返回 (clock_t)-1

    补充说明：

    • time_t 类型：通常为长整型（如 long 或 long long），用于表示自 Unix 纪元（1970-01-01 00:00:00 UTC）以来经过的秒数，即时间戳。
    • ctime() 的线程安全性：该函数返回一个指向内部静态缓冲区的指针，内容在每次调用时会被覆盖。
    • difftime() 的优势：该函数基于标准 C 定义，能够准确计算两个时间点之间的差值，单位为秒（支持小数），适用于跨平台、跨时区的时间差比较，是推荐的标准方法。
    • clock() 的局限性：它返回的是程序所占用的 CPU 时间，而非真实世界时间（wall-clock time），因此不适合用于测量 I/O 操作、睡眠或等待外部事件的时间。
    http://www.xdnf.cn/news/992359.html

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