程式扎記: [C++ 文章收集] C/C++時間函數使用方法

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2010年8月24日 星期二

[C++ 文章收集] C/C++時間函數使用方法


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前言 :
C++對時間的操作也有許多值得大家注意的地方。 最近,在技術群中有很多網友也多次問到過C++語言中對時間的操作、獲取和顯示等等的問題。 下面,在這篇文章中,將主要介紹在C/C++中時間和日期的使用方法.

時間概念說明 :
通過學習許多C/C++庫,你可以有很多操作、使用時間的方法。 但在這之前你需要了解一些“時間”和“日期”的概念,主要有以下幾個 :
- Coordinated Universal Time(UTC)
協調世界時,又稱為世界標準時間,也就是大家所熟知的格林威治標準時間(Greenwich Mean Time,GMT)。 比如,中國內地的時間與UTC的時差為+8,也就是UTC+8。 美國是UTC-5 etc.

- Calendar Time
日曆時間,是用“從一個標準時間點到此時的時間經過的秒數”來表示的時間。 這個標準時間點對不同的編譯器來說會有所不同,但對一個編譯系統來說,這個標準時間點是不變的,該編譯系統中的時間對應的日曆時間都通過該標準時間點來衡量,所以可以說日曆時間是“相對時間”,但是無論你在哪一個時區,在同一時刻對同一個標準時間點來說,日曆時間都是一樣的.

- epoch
時間點。 時間點在標準C/C++中是一個整數,它用此時的時間和標準時間點相差的秒數(即日曆時間)來表示.

- clock tick
時鐘計時單元(而不把它叫做時鐘滴答次數),一個時鐘計時單元的時間長短是由CPU控制的。 一個clock tick不是CPU的一個時鐘週期,而是C/C++的一個基本計時單位.

時間操作 :
我們可以使用ANSI標準庫中的time.h頭文件。 這個頭文件中定義的時間和日期所使用的方法,無論是在結構定義,還是命名,都具有明顯的C語言風格。 下面將說明在C/C++中怎樣使用日期的時間功能 :
- 計時
C/C++中的計時函數是clock(),而與其相關的數據類型是clock_t。 在MSDN中,查得對clock函數定義如下 :
clock_t clock( void ); (more)

這個函數返回從“開啟這個程序進程”到“程序中調用clock()函數”時之間的CPU時鐘計時單元(clock tick)數,在MSDN中稱之為掛鐘時間(wal-clock)。 其中clock_t是用來保存時間的數據類型,在time.h文件中,我們可以找到對它的定義 :
  1. #ifndef _CLOCK_T_DEFINED   
  2. typedef long clock_t;   
  3. #define _CLOCK_T_DEFINED   
  4. #endif  
很明顯,clock_t是一個長整形數。 在time.h文件中,還定義了一個常量CLOCKS_PER_SEC,它用來表示一秒鐘會有多少個時鐘計時單元,其定義如下 :
#define CLOCKS_PER_SEC ((clock_t)1000)

可以看到每過千分之一秒(1毫秒),調用clock() 函數返回的值就加1. 下面舉個例子,你可以使用公式clock()/CLOCKS_PER_SEC來計算一個進程自身的運行時間 :
  1. void elapsed_time()   
  2. {   
  3.      printf("Elapsed time:%u secs.\n",clock()/CLOCKS_PER_SEC);  
  4.   
  5. }  
當然,你也可以用clock函數來計算你的機器運行一個循環或者處理其它事件到底花了多少時間 :
  1. #include “stdio.h”   
  2. #include “stdlib.h”   
  3. #include “time.h”   
  4.   
  5. int main( void )   
  6. {   
  7.     long     i = 10000000L;   
  8.     clock_t start, finish;   
  9.     double   duration;   
  10.     /* 測量一個事件持續的時間*/   
  11.     printf( "Time to do %ld empty loops is ", i );   
  12.     start = clock();   
  13.     while( i-- )       ;   
  14.     finish = clock();   
  15.     duration = (double)(finish - start) / CLOCKS_PER_SEC;   
  16.     printf( "%f seconds\n", duration );   
  17.     system("pause");   
  18. }  
上面我們看到時鐘計時單元的長度為1毫秒,那麼計時的精度也為1毫秒,那麼我們可不可以通過改變CLOCKS_PER_SEC的定義,通過把它定義的大一些,從而使計時精度更高呢? 通過嘗試,你會發現這樣是不行的。 在標準C/C++中,最小的計時單位是一毫秒.

與日期和時間相關的數據結構 : 
在標準C/C++中,我們可通過tm結構來獲得日期和時間,tm結構在time.h中的定義如下 :
  1. #ifndef _TM_DEFINED   
  2. struct tm {   
  3.          int tm_sec;      /* 秒– 取值區間為[0,59] */   
  4.          int tm_min;      /* 分- 取值區間為[0,59] */   
  5.          int tm_hour;     /* 時- 取值區間為[0,23] */   
  6.          int tm_mday;     /* 一個月中的日期- 取值區間為[1,31] */   
  7.          int tm_mon;      /* 月份(從一月開始,0代表一月) - 取值區間為[0,11] */   
  8.          int tm_year;     /* 年份,其值等於實際年份減去1900 */   
  9.          int tm_wday;     /* 星期– 取值區間為[0,6],其中0代表星期天,1代表星期一,以此推*/int tm_yday;     /* 從每年的1月1日開始的天數– 取值區間為[0,365],其中0代表1月1日,1代表1月2日,以此類推*/   
  10.          int tm_isdst;    /* 夏令時標識符,實行夏令時的時候,tm_isdst為正。 不實行夏令時的進候,tm_isdst為0;不了解情況時,tm_isdst()為負。 */  
  11.          };   
  12. #define _TM_DEFINED   
  13. #endif  
ANSI C標準稱使用tm結構的這種時間表示為分解時間(broken-down time).
而日曆時間(Calendar Time)是通過time_t數據類型來表示的,用time_t表示的時間(日曆時間)是從一個時間點(例如:1970年1月1日0時0分0秒)到此時的秒數。 在time.h中,我們也可以看到time_t是一個長整型數 :
  1. #ifndef _TIME_T_DEFINED   
  2. typedef long time_t;          /* 時間值*/   
  3. #define _TIME_T_DEFINED       /* 避免重複定義time_t */   
  4. #endif  
大家可能會產生疑問:既然time_t實際上是長整型,到未來的某一天,從一個時間點(一般是1970年1月1日0時0分0秒)到那時的秒數(即日曆時間)超出了長整形所能表示的數的範圍怎麼辦? 對time_t數據類型的值來說,它所表示的時間不能晚於2038年1月18日19時14分07秒。 為了能夠表示更久遠的時間,一些編譯器廠商引入了64位甚至更長的整形數來保存日曆時間。 比如微軟在Visual C++中採用了__time64_t數據類型來保存日曆時間,並通過_time64()函數來獲得日曆時間(而不是通過使用32位字的time()函數),這樣就可以通過該數據類型保存3001年1月1日0時0分0秒(不包括該時間點)之前的時間. 在time.h頭文件中,我們還可以看到一些函數,它們都是以time_t為參數類型或返回值類型的函數 :
double difftime(time_t time1, time_t time0);
time_t mktime(struct tm * timeptr);
time_t time(time_t * timer);
char * asctime(const struct tm * timeptr);
char * ctime(const time_t *timer);

此外,time.h還提供了兩種不同的函數將日曆時間(一個用time_t表示的整數)轉換為我們平時看到的把年月日時分秒分開顯示的時間格式tm :
struct tm * gmtime(const time_t *timer);
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