Linux中表示“时间”的结构体和相关函数

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：

/* Returned by `time'.  */
typedef __time_t time_t;

/* A time value that is accurate to the nearest
   microsecond but also has a range of years.  */
struct timeval
{
    __time_t tv_sec;       /* Seconds.  */
    __suseconds_t tv_usec;      /* Microseconds.  */
};

struct timespec
{
    __time_t tv_sec;        /* Seconds.  */
    long int tv_nsec;       /* Nanoseconds.  */
};
struct tm
{
  int tm_sec;            /* Seconds.    [0-60] (1 leap second) */
  int tm_min;            /* Minutes.    [0-59] */
  int tm_hour;           /* Hours.    [0-23] */
  int tm_mday;           /* Day.        [1-31] */
  int tm_mon;            /* Month.    [0-11] */
  int tm_year;           /* Year    - 1900.  */
  int tm_wday;           /* Day of week.    [0-6] */
  int tm_yday;           /* Days in year.[0-365]    */
  int tm_isdst;          /* DST.        [-1/0/1]*/

#ifdef    __USE_BSD
  long int tm_gmtoff;        /* Seconds east of UTC.  */
  __const char *tm_zone;     /* Timezone abbreviation.  */
#else
  long int __tm_gmtoff;       /* Seconds east of UTC.  */
  __const char *__tm_zone;    /* Timezone abbreviation.  */
#endif
};

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：

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

int main()
{
        struct timespec ts;

        clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts);
        printf("%.24s %ld Nanoseconds\n", ctime(&ts.tv_sec), ts.tv_nsec);

        return 0;
}

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？

#include <time.h>

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);

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；

struct timeval tv;
struct timespec ts;
time_t sec_tv = tv.tv_sec;
time_t sec_ts = ts.ts_sec;

然后利用下列函数将time_t转换成struct tm，

struct tm *gmtime(const time_t *timep);
struct tm *gmtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);
或者：
struct tm *localtime(const time_t *timep);
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：

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

int main()
{
        struct timeval tv;
        char    strTime[32];

        gettimeofday(&tv, NULL);
        struct tm *ptm = gmtime(&tv.tv_sec);  //将秒转换成struct tm的形式
        strftime(strTime, 32, "%F %T", ptm);
        printf("%s ", strTime); //输出精确到秒
        printf("%ld Micorseconds\n", (long)tv.tv_usec); //输出微秒

        return 0;
}

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'.