滚雪球学 Python 之怎么玩转时间和日期库

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九、Python 日期与时间

在 Python 中是没有原生数据类型支持时间的，日期与时间的操作需要借助三个模块，分别是 time、datetime、calendar。

time 模块可以操作 C 语言库中的时间相关函数，时钟时间与处理器运行时间都可以获取。
datetime 模块提供了日期与时间的高级接口。
calendar 模块为通用日历相关函数，用于创建数周、数月、数年的周期性事件。

在学习之前，还有一些术语要补充一下，这些术语你当成惯例即可。这里在 Python 官方文档中也有相关说明，不过信息比较多，橡皮擦为你摘录必须知道的一部分。

epoch（纪元） 是时间开始的点，其值取决于平台。
对于 Unix， epoch（纪元） 是 1970年1月1日00:00:00（UTC）。要找出给定平台上的 epoch ，请使用 time.gmtime(0) 进行查看，例如橡皮擦电脑显示：

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)

术语 纪元秒数 是指自 epoch （纪元）时间点以来经过的总秒数，通常不包括闰秒。 在所有符合 POSIX 标准的平台上，闰秒都不会记录在总秒数中。

程序员中常把 纪元秒数 称为 时间戳。

9.1 time 时间模块

该模块核心为控制时钟时间。

9.1.1 get_clock_info 函数

该函数获取时钟的基本信息，得到的值因不同系统存在差异，函数原型比较简单：

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()

该函数的返回值具有以下属性：

• adjustable ： 返回 True 或者 False。如果时钟可以自动更改（例如通过 NTP 守护程序）或由系统管理员手动更改，则为 True ，否则为 False ;
• implementation ： 用于获取时钟值的基础 C 函数的名称，就是调用底层 C 的函数；
• monotonic ：如果时钟不能倒退，则为 True ，否则为 False；
• resolution ： 以秒为单位的时钟分辨率（ 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()))

运行结果如下图所示。

上图显示橡皮擦的计算机在 clock 与 perf_counter 中，调用底层 C 函数是一致的。

9.1.2 获取时间戳

在 Python 中通过 time.time() 函数获取纪元秒数，它可以把从 epoch 开始之后的秒数以浮点数格式返回。

import time
print(time.time())
# 输出结果 1615257195.558105

时间戳大量用于计算时间相关程序，属于必须掌握内容。

9.1.3 获取可读时间

时间戳主要用于时间上的方便计算，对于人们阅读是比较难理解的，如果希望获取可读时间，使用 ctime() 函数获取。

import time
print(time.ctime())
# 输出内容：Tue Mar  9 10:35:51 2021

如何将时间戳转换为可读时间，使用 localtime 函数即可。

localtime = time.localtime(time.time())
print("本地时间为 :", localtime)

输出结果为 类型数据，后文将对其进行格式化操作：

本地时间为 : 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)

上述代码中的时间戳最小值是 0，最大值由于 Python 环境和操作系统决定，我本地 64 位操作系统进行测试的时候，得到的数据如下：

import time

localtime = time.localtime(0)
print("时间为 :", localtime)
# 时间为 : 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("时间为 :", localtime)
# 时间为 : 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("时间为 :", localtime)
# OSError: [Errno 22] Invalid argument
print(type(localtime))

9.1.4 单调时间 monotonic time

monotonic time 从系统启动开始计时，从 0 开始单调递增。

操作系统的时间可能不是从 0 开始，而且会因为时间出错而回调。

该函数原型如下，不需要任何参数，返回一个浮点数，表示小数秒内的单调时钟的值：

time.monotonic()

测试代码如下：

print("单调时间",time.monotonic())
# 输出：单调时间 12279.244

9.1.5 处理器时钟时间

time() 函数返回的是纪元秒数（时间戳）， clock() 函数返回的是处理器时钟时间。
该函数函数的返回值：

• 在第一次调用的时候，返回的是程序运行的实际时间；
• 在第二次之后的调用，返回的是自第一次调用后到这次调用的时间间隔。

需要注意的是 Python 3.8 已移除 clock() 函数，用 time.perf_counter() 或 time.process_time() 方法替代。

t0 = time.clock()
# 运行一段代码
print(time.clock() - t0, "程序运行时间")

我使用的 Python 版本较高，提示异常如下：

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()

9.1.6 性能计数器 time.perf_counter

perf_counter() 函数的 epoch （纪元）是未定义的。一般使用该函数都是为了比较和计算，不是为了用作绝对时间，该点需要注意下。

该函数用于测量较短持续时间的具有最高有效精度的时钟，包括睡眠状态消耗的时间，使用两次调用才会有效。

测试代码如下：

t0 = time.perf_counter()
# 运行一段代码
for i in range(100000):
    pass
print("程序运行时间", time.perf_counter() - t0)

与其类似的函数有 perf_counter_ns()、process_time()、process_time_ns()，具体可以查询手册进行学习，先掌握 perf_counter() 函数即可。

9.1.7 时间组件

上文已经涉及了时间组件相关的知识，通过 localtime 得到的 struct_time 类型的数据。

这里涉及到的函数有 gmtime() 返回 UTC 中的当前时间，localtime() 返回当前时区对应的时间，mktime() 接收 struce_time 类型数据并将其转换成浮点型数值，即时间戳。

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

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

struct_time 类型包含的内容

上述代码返回的数据格式为：

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)

其中各值可以根据英文含义进行理解 ：tm_year 年份（range[1,12]），tm_mon 月份（range[1,12]），tm_mday 天数（range[1,31]），tm_hour 天数（range[0,23]），tm_min 分钟 （range[0,59]）， tm_sec 秒数 （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 在夏令时生效时设置为 1，而在夏令时不生效时设置为 0，值-1 表示这是未知的。

9.1.8 解析和格式化时间

strptime() 和 strftime() 函数可以使时间值在 struct_time 表示和字符串表示之间相互转换。

对于 strftime 函数，其中的参数参考官方即可。

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

这里的学习，没有什么难度大的点，孰能生巧的知识。

strptime 函数的应用

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)

需要记忆的就是 strftime 与 strptime 函数只有中间的字符不同，一个是 f ，另一个是 p。

9.1.9 time 小节

对于 time 模块，sleep 函数属于必备知识点，但是太常用了，你肯定已经很熟悉了。
对于模块的学习，最权威的就是官方手册了，time 模块

9.2 datetime 模块

该模块比 time 模块高级了很多，并且对 time 模块进行了封装，提供的功能更加强大了。

在 datetime 模块中，Python 提供了 5 个主要的对象类，分别如下：

• datetime：允许同时操作时间和日期；
• date：只操作日期；
• time：只操作时间；
• timedelta：用于操作日期以及测量时间跨度；
• tzinfo：处理时区。

9.2.1 date 类

优先展示部分该类的属性和方法，都是记忆层面的知识。

• min、max：date 对象能表示的最大、最小日期；
• resolution：date 对象表示日期的最小单位，返回天；
• today()：返回表示当前本地日期的 date 对象；
• fromtimestamp(timestamp)：根据时间戳，返回一个 date 对象。

测试代码如下：

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()))

输出结果：

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 对象的属性和方法

通过下述代码创建一个 date 对象：

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

该对象具备下述属性和方法：

• 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，以此类推；
• d.isoweekday()：返回 weekday，如果是星期一，返回 1；如果是星期 2，返回 2，以此类推；
• 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)：自定义格式化字符串，与 time 模块中的 strftime 类似。

9.2.2 time 类

time 类定义的类属性：

• min、max：time 类所能表示的最小、最大时间。其中，time.min = time(0, 0, 0, 0)， time.max = time(23, 59, 59, 999999)；
• resolution：时间的最小单位，这里是 1 微秒；

通过其构造函数可以创建一个 time 对象。

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

time 类提供的实例方法和属性：

• t.hour、t.minute、t.second、t.microsecond：时、分、秒、微秒；
• t.tzinfo：时区信息；
• t.isoformat()：返回型如”HH:MM:SS”格式的字符串时间表示；
• t.strftime(fmt)：返回自定义格式化字符串。

9.2.3 datetime 类

该类是 date 类与 time 类的结合体，很多属性和方法前文已经介绍，再补充一些比较常用的属性和方法。

获取当前的日期与时间：

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

获取时间戳：

dt = datetime.now()
# 使用 datetime 的内置函数 timestamp()
stamp = datetime.timestamp(dt)
print(stamp)

9.2.4 timedelta 类

通过 timedelta 函数返回一个 timedelta 时间间隔对象，该函数没有必填参数，如果写入一个整数就是间隔多少天的的意思。

# 间隔 10 天
timedelta(10)
# 跨度为1 周
timedelta(weeks=1)

两个时间间隔对象可以彼此之间相加或相减，返回的仍是一个时间间隔对象。
一个 datetime 对象如果减去一个时间间隔对象，那么返回的对应减去之后的 datetime 对象，然后两个 datetime 对象如果相减，返回的是一个时间间隔对象。

更多关于 datetime 类使用的知识，可以参考 官方手册。

9.3 calendar 模块（日历）

此模块的函数都是日历相关的，例如打印某月的字符月历。

calendar 模块定义了 Calendar 类，它封装了值的计算， 例如给定月份或年份中周的日期。通过 TextCalendar 和 HTMLCalendar 类可以生成预格式化的输出。

基本代码：

import calendar

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

上述代码，默认是从周日开始的，输出结果：

     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

该模块使用频率较低，详细使用参考地址 进行学习。

9.4 这篇博客的总结

本篇博客为大家补充了一下时间和日期库的相关知识，希望能进入你的收藏夹。

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