Python時間和日期庫的實現

在 Python 中是沒有原生數據類型支持時間的，日期與時間的操作需要借助三個模塊，分別是 time、datetime、calendar。

• time 模塊可以操作 C 語言庫中的時間相關函數，時鐘時間與處理器運行時間都可以獲取。
• datetime 模塊提供瞭日期與時間的高級接口。
• calendar 模塊為通用日歷相關函數，用於創建數周、數月、數年的周期性事件。

在學習之前，還有一些術語要補充一下，這些術語你當成慣例即可。這裡在 Python 官方文檔中也有相關說明，不過信息比較多，橡皮擦為你摘錄必須知道的一部分。

epoch（紀元） 是時間開始的點，其值取決於平臺。
對於 Unix， epoch（紀元） 是 1970年1月1日00:00:00（UTC）。要找出給定平臺上的 epoch ，請使用 time.gmtime(0) 進行查看，例如橡皮擦電腦顯示：

time.struct_time(tm_year=1970, tm_mon=1, tm_mday=1, tm_hour=0, tm_min=0, tm_sec=0, tm_wday=3, tm_yday=1, tm_isdst=0)

術語 紀元秒數 是指自 epoch （紀元）時間點以來經過的總秒數，通常不包括閏秒。 在所有符合 POSIX 標準的平臺上，閏秒都不會記錄在總秒數中。

程序員中常把 紀元秒數 稱為 時間戳。

time 時間模塊

該模塊核心為控制時鐘時間。

 get_clock_info 函數

該函數獲取時鐘的基本信息，得到的值因不同系統存在差異，函數原型比較簡單：

time.get_clock_info(name)

其中 name 可以取下述值：

• monotonic：time.monotonic()
• perf_counter： time.perf_counter()
• process_time： time.process_time()
• thread_time： time.thread_time()
• time： time.time()

該函數的返回值具有以下屬性：

• adjustable ： 返回 True 或者 False。如果時鐘可以自動更改（例如通過 NTP 守護程序）或由系統管理員手動更改，則為 True ，否則為 False ;
• implementation ： 用於獲取時鐘值的基礎 C 函數的名稱，就是調用底層 C 的函數；
• monotonic ：如果時鐘不能倒退，則為 True ，否則為 False；
• resolution ： 以秒為單位的時鐘分辨率（ float ）。

import time

available_clocks = [
 ('clock', time.clock),
 ('monotonic', time.monotonic),
 ('perf_counter', time.perf_counter),
 ('process_time', time.process_time),
 ('time', time.time),
]

for clock_name, func in available_clocks:
 print('''
 {name}:
  adjustable : {info.adjustable}
  implementation: {info.implementation}
  monotonic  : {info.monotonic}
  resolution : {info.resolution}
  current  : {current}
 '''.format(
  name=clock_name,
  info=time.get_clock_info(clock_name),
  current=func()))

運行結果如下圖所示。

上圖顯示橡皮擦的計算機在 clock 與 perf_counter 中，調用底層 C 函數是一致的。

獲取時間戳

在 Python 中通過 time.time() 函數獲取紀元秒數，它可以把從 epoch 開始之後的秒數以浮點數格式返回。

import time
print(time.time())
# 輸出結果 1615257195.558105

時間戳大量用於計算時間相關程序，屬於必須掌握內容。

獲取可讀時間

時間戳主要用於時間上的方便計算，對於人們閱讀是比較難理解的，如果希望獲取可讀時間，使用 ctime() 函數獲取。

import time
print(time.ctime())
# 輸出內容：Tue Mar 9 10:35:51 2021

如何將時間戳轉換為可讀時間，使用 localtime 函數即可。

localtime = time.localtime(time.time())
print("本地時間為 :", localtime)

輸出結果為 <class 'time.struct_time'> 類型數據，後文將對其進行格式化操作：

本地時間為 : time.struct_time(tm_year=2021, tm_mon=3, tm_mday=9, tm_hour=10, tm_min=37, tm_sec=27, tm_wday=1, tm_yday=68, tm_isdst=0)

上述代碼中的時間戳最小值是 0，最大值由於 Python 環境和操作系統決定，我本地 64 位操作系統進行測試的時候，得到的數據如下：

import time

localtime = time.localtime(0)
print("時間為 :", localtime)
# 時間為 : time.struct_time(tm_year=1970, tm_mon=1, tm_mday=1, tm_hour=8, tm_min=0, tm_sec=0, tm_wday=3, tm_yday=1, tm_isdst=0)
localtime = time.localtime(32536799999)
print("時間為 :", localtime)
# 時間為 : time.struct_time(tm_year=3001, tm_mon=1, tm_mday=19, tm_hour=15, tm_min=59, tm_sec=59, tm_wday=0, tm_yday=19, tm_isdst=0)
localtime = time.localtime(99999999999)
print("時間為 :", localtime)
# OSError: [Errno 22] Invalid argument
print(type(localtime))

單調時間 monotonic time

monotonic time 從系統啟動開始計時，從 0 開始單調遞增。

操作系統的時間可能不是從 0 開始，而且會因為時間出錯而回調。

該函數原型如下，不需要任何參數，返回一個浮點數，表示小數秒內的單調時鐘的值：

time.monotonic()

測試代碼如下：

print("單調時間",time.monotonic())
# 輸出：單調時間 12279.244

處理器時鐘時間

time() 函數返回的是紀元秒數（時間戳）， clock() 函數返回的是處理器時鐘時間。
該函數函數的返回值：

• 在第一次調用的時候，返回的是程序運行的實際時間；
• 在第二次之後的調用，返回的是自第一次調用後到這次調用的時間間隔。

需要註意的是 Python 3.8 已移除 clock() 函數，用 time.perf_counter() 或 time.process_time() 方法替代。

t0 = time.clock()
# 運行一段代碼
print(time.clock() - t0, "程序運行時間")

我使用的 Python 版本較高，提示異常如下：

time.clock has been deprecated in Python 3.3 and will be removed from Python 3.8: use time.perf_counter or time.process_time instead t0 = time.clock()

性能計數器 time.perf_counter

perf_counter() 函數的 epoch （紀元）是未定義的。一般使用該函數都是為瞭比較和計算，不是為瞭用作絕對時間，該點需要註意下。

該函數用於測量較短持續時間的具有最高有效精度的時鐘，包括睡眠狀態消耗的時間，使用兩次調用才會有效。

測試代碼如下：

t0 = time.perf_counter()
# 運行一段代碼
for i in range(100000):
 pass
print("程序運行時間", time.perf_counter() - t0)

與其類似的函數有 perf_counter_ns()、process_time()、process_time_ns()，具體可以查詢手冊進行學習，先掌握 perf_counter() 函數即可。

 時間組件

上文已經涉及瞭時間組件相關的知識，通過 localtime 得到的 struct_time 類型的數據。

這裡涉及到的函數有 gmtime() 返回 UTC 中的當前時間，localtime() 返回當前時區對應的時間，mktime() 接收 struce_time 類型數據並將其轉換成浮點型數值，即時間戳。

print("*"*10)
print(time.gmtime())
print("*"*10)
print(time.localtime())

print("*"*10)
print(time.mktime(time.localtime()))

struct_time 類型包含的內容

上述代碼返回的數據格式為：

time.struct_time(tm_year=2021, tm_mon=3, tm_mday=9, tm_hour=12, tm_min=50, tm_sec=35, tm_wday=1, tm_yday=68, tm_isdst=0)

其中各值可以根據英文含義進行理解 ：tm_year 年份（range[1,12]），tm_mon 月份（range[1,12]），tm_mday 天數（range[1,31]），tm_hour 天數（range[0,23]），tm_min 分鐘 （range[0,59]）， tm_sec 秒數 （range[0,61]）， tm_wday 星期 （range[0,6]，0 是星期日）， tm_yday 一年中的一天（range[1,366] ），tm_isdst 在夏令時生效時設置為 1，而在夏令時不生效時設置為 0，值-1 表示這是未知的。

 解析和格式化時間

strptime() 和 strftime() 函數可以使時間值在 struct_time 表示和字符串表示之間相互轉換。

對於 strftime 函數，其中的參數參考官方即可。

x = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
print(x)

這裡的學習，沒有什麼難度大的點，孰能生巧的知識。

strptime 函數的應用

x = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
print(x)
# 方向操作，字符串格式化成 time.struct_time
struct_time = time.strptime(x, "%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(struct_time)

需要記憶的就是 strftime 與 strptime 函數隻有中間的字符不同，一個是 f ，另一個是 p。

time 小節

對於 time 模塊，sleep 函數屬於必備知識點，但是太常用瞭，你肯定已經很熟悉瞭。
對於模塊的學習，最權威的就是官方手冊瞭，time 模塊

 datetime 模塊

該模塊比 time 模塊高級瞭很多，並且對 time 模塊進行瞭封裝，提供的功能更加強大瞭。

在 datetime 模塊中，Python 提供瞭 5 個主要的對象類，分別如下：

• datetime：允許同時操作時間和日期；
• date：隻操作日期；time：隻操作時間；
• timedelta：用於操作日期以及測量時間跨度；
• tzinfo：處理時區。

 date 類

優先展示部分該類的屬性和方法，都是記憶層面的知識。

• min、max：date 對象能表示的最大、最小日期；
• resolution：date 對象表示日期的最小單位，返回天；
• today()：返回表示當前本地日期的 date 對象；
• fromtimestamp(timestamp)：根據時間戳，返回一個 date 對象。

測試代碼如下：

from datetime import date
import time
print('date.min:', date.min)
print('date.max:', date.max)
print('date.resolution:', date.resolution)
print('date.today():', date.today())
print('date.fromtimestamp():', date.fromtimestamp(time.time()))

輸出結果：

date.min: 0001-01-01
date.max: 9999-12-31
date.resolution: 1 day, 0:00:00
date.today(): 2021-03-09
date.fromtimestamp(): 2021-03-09

date 對象的屬性和方法

通過下述代碼創建一個 date 對象：

d = date(year=2021,month=3,day=9)
print(d)

該對象具備下述屬性和方法：

• d.year：返回年；
• d.month：返回月；
• d.day：返回日；
• d.weekday()：返回 weekday，如果是星期一，返回 0；如果是星期 2，返回 1，以此類推；
• d.isoweekday()：返回 weekday，如果是星期一，返回 1；如果是星期 2，返回 2，以此類推；
• d.isocalendar()：返回格式如(year, wk num, wk day)；
• d.isoformat()：返回格式如’YYYY-MM-DD‘的字符串；
• d.strftime(fmt)：自定義格式化字符串，與 time 模塊中的 strftime 類似。

 time 類

time 類定義的類屬性：

• min、max：time 類所能表示的最小、最大時間。其中，time.min = time(0, 0, 0, 0)， time.max = time(23, 59, 59, 999999)；
• resolution：時間的最小單位，這裡是 1 微秒；

通過其構造函數可以創建一個 time 對象。

t = time(hour=20, minute=20, second=40)
print(t)

time 類提供的實例方法和屬性：

• t.hour、t.minute、t.second、t.microsecond：時、分、秒、微秒；
• t.tzinfo：時區信息；
• t.isoformat()：返回型如”HH:MM:SS”格式的字符串時間表示；
• t.strftime(fmt)：返回自定義格式化字符串。

datetime 類

該類是 date 類與 time 類的結合體，很多屬性和方法前文已經介紹，再補充一些比較常用的屬性和方法。

獲取當前的日期與時間：

from datetime import datetime
dt = datetime.now()
print(dt)

獲取時間戳：

dt = datetime.now()
# 使用 datetime 的內置函數 timestamp()
stamp = datetime.timestamp(dt)
print(stamp)

 timedelta 類

通過 timedelta 函數返回一個 timedelta 時間間隔對象，該函數沒有必填參數，如果寫入一個整數就是間隔多少天的的意思。

# 間隔 10 天
timedelta(10)
# 跨度為1 周
timedelta(weeks=1)

兩個時間間隔對象可以彼此之間相加或相減，返回的仍是一個時間間隔對象。
一個 datetime 對象如果減去一個時間間隔對象，那麼返回的對應減去之後的 datetime 對象，然後兩個 datetime 對象如果相減，返回的是一個時間間隔對象。

更多關於 datetime 類使用的知識，可以參考官方手冊。

calendar 模塊（日歷）

此模塊的函數都是日歷相關的，例如打印某月的字符月歷。

calendar 模塊定義瞭 Calendar 類，它封裝瞭值的計算， 例如給定月份或年份中周的日期。通過 TextCalendar 和 HTMLCalendar 類可以生成預格式化的輸出。

基本代碼：

import calendar

c = calendar.TextCalendar(calendar.SUNDAY)
c.prmonth(2021, 3)

上述代碼，默認是從周日開始的，輸出結果：

March 2021
Su Mo Tu We Th Fr Sa
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27
28 29 30 31

該模塊使用頻率較低，詳細使用參考地址 進行學習。

總結

到此這篇關於Python玩轉時間和日期庫的實現的文章就介紹到這瞭,更多相關Python 時間和日期庫內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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