用 datetime 和 pytz 来转换时区

Python标准库里提供了time、datetime和calendar这3个模块来进行时间和日期的处理，其中应用最广的是datetime，而转换时区也是靠它来做的。

时区这个玩意非常抽象，处理它时经常弄得我头晕，只好记录下来，免得以后再犯晕。

首先要知道时区之间的转换关系，其实这很简单：把当地时间减去当地时区，剩下的就是格林威治时间了。
例如北京时间的18:00就是18:00+08:00，相减以后就是10:00+00:00，因此就是格林威治时间的10:00。

而把格林威治时间加上当地时区，就能得到当地时间了。
例如格林威治时间的10:00是10:00+00:00，转换成太平洋标准时间就是加上-8小时，因此是02:00-08:00。

而太平洋标准时间转换成北京时间转换也一样，时区相减即可。
例如太平洋标准时间的02:00-08:00，与北京时间相差-16小时，因此结果是18:00+08:00。

而Python的datetime可以处理2种类型的时间，分别为offset-naive和offset-aware。前者是指没有包含时区信息的时间，后者是指包含时区信息的时间，只有同类型的时间才能进行减法运算和比较。

不幸的是datetime模块的函数在默认情况下都只生成offset-naive类型的datetime对象，例如now()、utcnow()、fromtimestamp()、utcfromtimestamp()和strftime()。
其中now()和fromtimestamp()可以接受一个tzinfo对象来生成offset-aware类型的datetime对象，但是标准库并不提供任何已实现的tzinfo类，只能自己动手丰衣足食了…
下面就是实现格林威治时间和北京时间的tzinfo类的例子：

ZERO_TIME_DELTA = timedelta(0)
LOCAL_TIME_DELTA = timedelta(hours=8) # 本地时区偏差

class UTC(tzinfo):
    def utcoffset(self, dt):
        return ZERO_TIME_DELTA

    def dst(self, dt):
        return ZERO_TIME_DELTA

class LocalTimezone(tzinfo):
    def utcoffset(self, dt):
        return LOCAL_TIME_DELTA

    def dst(self, dt):
        return ZERO_TIME_DELTA

    def tzname(self, dt):
        return '+08:00'

一个tzinfo类需要实现utcoffset、dst和tzname这3个方法。其中utcoffset需要返回夏时令的时差调整；tzname需要返回时区名，如果你不需要用到的话，也可以不实现。

一旦生成了一个offset-aware类型的datetime对象，我们就能调用它的astimezone()方法，生成其他时区的时间（会根据时差来计算）。
而如果拿到的是offset-naive类型的datetime对象，也是可以调用它的replace()方法来替换tzinfo的，只不过这种替换不会根据时差来调整其他时间属性。
因此，如果拿到一个格林威治时间的offset-naive类型的datetime对象，直接调用replace(tzinfo=UTC())即可转换成offset-aware类型，然后再调用astimezone()生成其他时区的datetime对象。
而如果是+6:00时区的offset-naive类型的datetime对象，则可以创建一个+6:00时区的tzinfo类，然后用上述方式转换。
而反过来要将offset-aware类型转换成offset-naive类型时，为了不至于弄混，建议先用astimezone(UTC())生成格林威治时间，然后再replace(tzinfo=None)。

看上去一切都很简单，但不知道你还是否记得上文所述的夏时令。
提起夏时令这个玩意，真是让我头疼，因为它没有规则可循：有的国家实行夏时令，有的国家不实行，有的国家只在部分地区实行夏时令，有的地区只在某些年实行夏时令，每个地区实行夏时令的起止时间都不一定相同，而且有的地方TMD还不是用几月几日来指定夏时令的起止时间的，而是用某月的第几个星期几这种形式，。
所以说要写这样一个通用的dst方法估计能把人气死，于是我只好找来了pytz这个第三方库。（注意不要去sourceforge下载，那个版本4年没更新了，有严重bug。）

这个pytz的文档初看起来很简单，用pytz.country_timezones('国家代码')可以拿到这个国家的时区名列表，而用pytz.timezone('时区名')就能获取一个tzinfo对象。
例如取中国的第一个时区来生成datetime对象：

>>> from datetime import datetime
>>> import pytz
>>> tz = pytz.timezone(pytz.country_timezones('cn')[0])
>>> tz
<DstTzInfo 'Asia/Shanghai' LMT+8:06:00 STD>
>>> datetime.now(tz)
datetime.datetime(2010, 12, 14, 19, 26, 12, 656000, tzinfo=<DstTzInfo 'Asia/Shan
ghai' CST+8:00:00 STD>)

可是它有个很奇怪的陷阱，注意看那个tz，它实际上是+8:06:00，比北京时间快了6分钟。更扯淡的是，中国的时区里找不到北京时间，只能拿上海时间来凑数…
平时使用时可能没什么问题，但是构造datetime对象，或调用replace方法时就会莫名其妙地差6分钟了：

>>> dt = datetime.now(tz)
>>> dt
datetime.datetime(2010, 12, 14, 19, 32, 23, 281000, tzinfo=<DstTzInfo 'Asia/Shan
ghai' CST+8:00:00 STD>)
>>> dt2 = datetime(2010, 12, 14, 19, 32, 23, 281000, tzinfo=tz)
>>> dt2
datetime.datetime(2010, 12, 14, 19, 32, 23, 281000, tzinfo=<DstTzInfo 'Asia/Shan
ghai' LMT+8:06:00 STD>)
>>> dt == dt2
False
>>> dt - dt2
datetime.timedelta(0, 360)
>>> dt.tzinfo
<DstTzInfo 'Asia/Shanghai' CST+8:00:00 STD>
>>> dt2.tzinfo
<DstTzInfo 'Asia/Shanghai' LMT+8:06:00 STD>

用同一个tz生成的datetime对象，居然会出现不相等的结果，而且连它们的tzinfo都不一样…

要解决这个问题，最简单的方法就是使用台北（Asia/Taipei）时间，它正好是+08:00。不过这样治标不治本，毕竟还有那么多不是整点的时区，不可能一一去找替代时区。
实际上limodou在《关于pytz的一些记录(续)》这篇文章中也提到了这个问题，他指出只要构造时生成offset-naive类型的datetime对象，再用tz.localize(dt)就能生成正确的时间了：

>>> dt3 = datetime(2010, 12, 14, 19, 32, 23, 281000)
>>> dt3 = tz.localize(dt3)
>>> dt3
datetime.datetime(2010, 12, 14, 19, 32, 23, 281000, tzinfo=<DstTzInfo 'Asia/Shan
ghai' CST+8:00:00 STD>)
>>> dt == dt3
True

最后就是关键的处理夏时令的代码，需要用到normalize方法：

>>> eastern = pytz.timezone('US/Eastern')
>>> dt4 = datetime(2002, 10, 27, 1, 0)
>>> dt4 = eastern.localize(dt4)
>>> print dt4
2002-10-27 01:00:00-05:00
>>> dt5 = dt4 - timedelta(minutes=10)
>>> print dt5
2002-10-27 00:50:00-05:00
>>> dt6 = eastern.normalize(dt5)
>>> print dt6
2002-10-27 01:50:00-04:00
>>> dt5.tzinfo
<DstTzInfo 'US/Eastern' EST-1 day, 19:00:00 STD>
>>> dt6.tzinfo
<DstTzInfo 'US/Eastern' EDT-1 day, 20:00:00 DST>

可以看到，normalize以后，就能正确处理夏时令的变更了。