C语言的时间函数

 

C语言的时间函数

2007-05-01 09:57

http://blog.fjut.com.cn/user1/wang/archives/2006/2.html

windows和linux下的时间函数是有点差别的，在这些资料中都没有区别开，这里分开讨论。

通用的：clock_t和clock()

clock_t和clock()在两个平台下都能用，使用它们可以计算程序使用的cpu时间，不过windows和linux返回的时间单位不一样，一个是毫秒，一个是微秒。使用他们需要包含<time.h>

示例程序如下：

＃i nclude <time.h>
＃i nclude <stdio.h>
＃i nclude <iostream>

using namespace std;

int main()
{
clock_t t;
double beginning_time, finish_time;
int i, j, k;
double sum=0,avg=0,times=10;

for(int a=0;a<times;a++)
{
   t = clock();

   if ((clock_t)-1 == t)
   return -1; /* 调用失败，退出 */
  
   beginning_time = (double)t /1000; /* 转换成秒 */
  
   for (i = 0; i < 500; i++)
    for (j = 0; j < 500; j++)
     for (k = 0; k < 500; k++)
      ; /* 什么也不做 */
    
     t = clock();
    
     if ((clock_t)-1 == t)
      return -1; /* 调用失败，退出 */
    
     finish_time = (double)t /1000; /* 转换成秒 */
    
     sum=sum + finish_time - beginning_time;

     printf("loop spends %g seconds\n", finish_time - beginning_time);
}
avg=sum/times;

cout<<avg<<endl;

return 0;
}

windows: timeGetTime(void)

在windows平台下可以使用多媒体定时器函数DWORD timeGetTime(void)，该函数定时精度为ms级，返回从Windows启动开始经过的毫秒数。

调用DWORD timeGetTime(void)函数之前必须将 Winmm.lib   和 Mmsystem.h 添加到工程中，否则在编译时提示DWORD timeGetTime(void)函数未定义。

另外：在引用2中还说到：由于使用该函数是通过查询的方式进行定时控制的，所以，应该建立定时循环来进行定时事件的控制。

示例程序如下：

＃i nclude <stdio.h>
＃i nclude <time.h>
＃i nclude <iostream>
＃i nclude <wtypes.h>
＃i nclude <Mmsystem.h>

using namespace std;

int main()
{
DWORD t1,t2;
t1=timeGetTime();
Sleep(1000);
t2=timeGetTime();
printf("begin:%ld\n",t1);        //%ld   用长整型数输出
printf("end:   %ld\n",t2);
printf("lasting:%ld\n",t2-t1);

//CTime t = CTime::GetCurrentTime();
  
return 0;
}

linux: int gettimeofday ( struct timeval * tv , struct timezone * tz )

使用gettimeofday()，需要包含<sys/time.h>，它会在timeval中返回从1970年1月1日0时0分0秒算起至今所经过的秒数和微秒数，因此理论上结果可以精确到微秒。

使用的时候，在函数开始之前和结束之后取timeval的值，相减就能得出函数使用的时间。

timeval结构定义为:
struct timeval{
long tv_sec; /*秒*/
long tv_usec; /*微秒*/
};
gettimeofday()的其他资料，可以参考引用1。

示例程序如下：

＃i nclude <stdio.h>
＃i nclude <sys/time.h>

int main()
{
struct timeval tv;
struct timezone tz;

gettimeofday (&tv , &tz);
printf("tv_sec; %d\n", tv.tv_sec) ;
printf("tv_usec; %d\n",tv.tv_usec);
printf("tz_minuteswest; %d\n", tz.tz_minuteswest);
printf("tz_dsttime, %d\n",tz.tz_dsttime);
// int gettimeofday(struct    timeval    *tv,    struct    timezone    *tz);
return 0;
}

这里只是讲到取系统时间和计算的问题，至于毫秒级的延时问题，下次再讨论。

下面把引用1和引用2摘下来：

引用1：

C语言的标准库函数包括一系列日期和时间处理函数，它们都在头文件中说明。下面列出了这些函数。在头文件中定义了三种类型：time_t，struct tm和clock_t。

在中说明的C语言时间函数

time_t time(time_t *timer);

double difftime(time_t time1,time_t time2);

struct tm *gmtime(const time_t *timer);

struct tm *localtime(const time_t *timer);

char *asctime(const struct tm *timeptr);

char *ctime(const time_t *timer);

size_t strftime(char *s,size_t maxsize,const char *format,const struct tm *timeptr);

time_t mktime(struct tm *timeptr);

clock_t clock(void);

下面是我从网上收集到的时间函数集

asctime（将时间和日期以字符串格式表示）
相关函数
time，ctime，gmtime，localtime
表头文件
＃i nclude
定义函数
char * asctime(const struct tm * timeptr);
函数说明
asctime()将参数timeptr所指的tm结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果以字符串形态返回。此函数已经由时区转换成当地时间，字符串格式为:"Wed Jun 30 21:49:08 1993\n"
返回值
若再调用相关的时间日期函数，此字符串可能会被破坏。此函数与ctime不同处在于传入的参数是不同的结构。
附加说明
返回一字符串表示目前当地的时间日期。
范例
＃i nclude
main()
{
time_t timep;
time (&timep);
printf("%s",asctime(gmtime(&timep)));
}
执行
Sat Oct 28 02:10:06 2000
　

ctime（将时间和日期以字符串格式表示）
相关函数
time，asctime，gmtime，localtime
表头文件
＃i nclude
定义函数
char *ctime(const time_t *timep);
函数说明
ctime ()将参数timep所指的time_t结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果以字符串形态返回。此函数已经由时区转换成当地时间，字符串格式为"Wed Jun 30 21 :49 :08 1993\n"。若再调用相关的时间日期函数，此字符串可能会被破坏。
返回值
返回一字符串表示目前当地的时间日期。
范例
＃i nclude
main()
{
time_t timep;
time (&timep);
printf("%s",ctime(&timep));
}
执行
Sat Oct 28 10 : 12 : 05 2000
　

gettimeofday（取得目前的时间）
相关函数
time，ctime，ftime，settimeofday
表头文件
＃i nclude
＃i nclude
定义函数
int gettimeofday ( struct timeval * tv , struct timezone * tz )
函数说明
gettimeofday()会把目前的时间有tv所指的结构返回，当地时区的信息则放到tz所指的结构中。
timeval结构定义为:
struct timeval{
long tv_sec; /*秒*/
long tv_usec; /*微秒*/
};
timezone 结构定义为:
struct timezone{
int tz_minuteswest; /*和Greenwich 时间差了多少分钟*/
int tz_dsttime; /*日光节约时间的状态*/
};
上述两个结构都定义在/usr/include/sys/time.h。tz_dsttime 所代表的状态如下
DST_NONE /*不使用*/
DST_USA /*美国*/
DST_AUST /*澳洲*/
DST_WET /*西欧*/
DST_MET /*中欧*/
DST_EET /*东欧*/
DST_CAN /*加拿大*/
DST_GB /*大不列颠*/
DST_RUM /*罗马尼亚*/
DST_TUR /*土耳其*/
DST_AUSTALT /*澳洲（1986年以后）*/
返回值
成功则返回0，失败返回－1，错误代码存于errno。附加说明EFAULT指针tv和tz所指的内存空间超出存取权限。
范例
＃i nclude
＃i nclude
main(){
struct timeval tv;
struct timezone tz;
gettimeofday (&tv , &tz);
printf("tv_sec; %d\n", tv,.tv_sec) ;
printf("tv_usec; %d\n",tv.tv_usec);
printf("tz_minuteswest; %d\n", tz.tz_minuteswest);
printf("tz_dsttime, %d\n",tz.tz_dsttime);
}
执行
tv_sec: 974857339
tv_usec:136996
tz_minuteswest:-540
tz_dsttime:0
　

gmtime（取得目前时间和日期）
相关函数
time,asctime,ctime,localtime
表头文件
＃i nclude
定义函数
struct tm*gmtime(const time_t*timep);
函数说明
gmtime()将参数timep 所指的time_t 结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果由结构tm返回。
结构tm的定义为
struct tm
{
int tm_sec;
int tm_min;
int tm_hour;
int tm_mday;
int tm_mon;
int tm_year;
int tm_wday;
int tm_yday;
int tm_isdst;
};
int tm_sec 代表目前秒数，正常范围为0-59，但允许至61秒
int tm_min 代表目前分数，范围0-59
int tm_hour 从午夜算起的时数，范围为0-23
int tm_mday 目前月份的日数，范围01-31
int tm_mon 代表目前月份，从一月算起，范围从0-11
int tm_year 从1900 年算起至今的年数
int tm_wday 一星期的日数，从星期一算起，范围为0-6
int tm_yday 从今年1月1日算起至今的天数，范围为0-365
int tm_isdst 日光节约时间的旗标
此函数返回的时间日期未经时区转换，而是UTC时间。
返回值
返回结构tm代表目前UTC 时间
范例
＃i nclude
main(){
char *wday[]={"Sun","Mon","Tue","Wed","Thu","Fri","Sat"};
time_t timep;
struct tm *p;
time(&timep);
p=gmtime(&timep);
printf("%d%d%d",(1900+p->tm_year), (1+p->tm_mon),p->tm_mday);
printf("%s%d;%d;%d\n", wday[p->tm_wday], p->tm_hour, p->tm_min, p->tm_sec);
}
执行
2000/10/28 Sat 8:15:38
　

localtime（取得当地目前时间和日期）
相关函数
time, asctime, ctime, gmtime
表头文件
＃i nclude
定义函数
struct tm *localtime(const time_t * timep);
函数说明
localtime()将参数timep所指的time_t结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果由结构tm返回。结构tm的定义请参考gmtime()。此函数返回的时间日期已经转换成当地时区。
返回值
返回结构tm代表目前的当地时间。
范例
＃i nclude
main(){
char *wday[]={"Sun","Mon","Tue","Wed","Thu","Fri","Sat"};
time_t timep;
struct tm *p;
time(&timep);
p=localtime(&timep); /*取得当地时间*/
printf ("%d%d%d ", (1900+p->tm_year),( l+p->tm_mon), p->tm_mday);
printf("%s%d:%d:%d\n", wday[p->tm_wday],p->tm_hour, p->tm_min, p->tm_sec);
}
执行
2000/10/28 Sat 11:12:22
　

mktime（将时间结构数据转换成经过的秒数）
相关函数
time，asctime，gmtime，localtime
表头文件
＃i nclude
定义函数
time_t mktime(strcut tm * timeptr);
函数说明
mktime()用来将参数timeptr所指的tm结构数据转换成从公元1970年1月1日0时0分0 秒算起至今的UTC时间所经过的秒数。
返回值
返回经过的秒数。
范例
/* 用time()取得时间（秒数），利用localtime()
转换成struct tm 再利用mktine（）将struct tm转换成原来的秒数*/
＃i nclude
main()
{
time_t timep;
strcut tm *p;
time(&timep);
printf("time() : %d \n",timep);
p=localtime(&timep);
timep = mktime(p);
printf("time()->localtime()->mktime():%d\n",timep);
}
执行
time():974943297
time()->localtime()->mktime():974943297
　

settimeofday（设置目前时间）
相关函数
time，ctime，ftime，gettimeofday
表头文件
＃i nclude
＃i nclude
定义函数
int settimeofday ( const struct timeval *tv,const struct timezone *tz);
函数说明
settimeofday()会把目前时间设成由tv所指的结构信息，当地时区信息则设成tz所指的结构。详细的说明请参考gettimeofday()。注意，只有root权限才能使用此函数修改时间。
返回值
成功则返回0，失败返回－1，错误代码存于errno。
错误代码
EPERM 并非由root权限调用settimeofday（），权限不够。
EINVAL 时区或某个数据是不正确的，无法正确设置时间。
　

time（取得目前的时间）
相关函数
ctime，ftime，gettimeofday
表头文件
＃i nclude
定义函数
time_t time(time_t *t);
函数说明
此函数会返回从公元1970年1月1日的UTC时间从0时0分0秒算起到现在所经过的秒数。如果t 并非空指针的话，此函数也会将返回值存到t指针所指的内存。
返回值
成功则返回秒数，失败则返回((time_t)-1)值，错误原因存于errno中。
范例
＃i nclude
mian()
{
int seconds= time((time_t*)NULL);
printf("%d\n",seconds);
}
执行
9.73E+08

引用2：

VC中基于 Windows 的精确定时

中国科学院光电技术研究所 游志宇

示例工程下载

　　在工业生产控制系统中，有许多需要定时完成的操作，如定时显示当前时间，定时刷新屏幕上的进度条，上位 机定时向下位机发送命令和传送数据等。特别是在对控制性能要求较高的实时控制系统和数据采集系统中，就更需要精确定时操作。
　　众所周知，Windows 是基于消息机制的系统，任何事件的执行都是通过发送和接收消息来完成的。 这样就带来了一些问题，如一旦计算机的CPU被某个进程占用，或系统资源紧张时，发送到消息队列 中的消息就暂时被挂起，得不到实时处理。因此，不能简单地通过Windows消息引发一个对定时要求 严格的事件。另外，由于在Windows中已经封装了计算机底层硬件的访问，所以，要想通过直接利用 访问硬件来完成精确定时，也比较困难。所以在实际应用时，应针对具体定时精度的要求，采取相适 应的定时方法。
　　VC中提供了很多关于时间操作的函数，利用它们控制程序能够精确地完成定时和计时操作。本文详细介绍了 VC中基于Windows的精确定时的七种方式，如下图所示：

图一 图像描述

　　方式一：VC中的WM_TIMER消息映射能进行简单的时间控制。首先调用函数SetTimer()设置定时 间隔，如SetTimer(0,200,NULL)即为设置200ms的时间间隔。然后在应用程序中增加定时响应函数 OnTimer()，并在该函数中添加响应的处理语句，用来完成到达定时时间的操作。这种定时方法非常 简单，可以实现一定的定时功能，但其定时功能如同Sleep()函数的延时功能一样，精度非常低，最小 计时精度仅为30ms，CPU占用低，且定时器消息在多任务操作系统中的优先级很低，不能得到及时响 应，往往不能满足实时控制环境下的应用。只可以用来实现诸如位图的动态显示等对定时精度要求不高的情况。如示例工程中的Timer1。
　　方式二：VC中使用sleep()函数实现延时，它的单位是ms，如延时2秒，用sleep(2000)。精度非常 低，最小计时精度仅为30ms，用sleep函数的不利处在于延时期间不能处理其他的消息，如果时间太 长，就好象死机一样，CPU占用率非常高，只能用于要求不高的延时程序中。如示例工程中的Timer2。
　　方式三：利用COleDateTime类和COleDateTimeSpan类结合WINDOWS的消息处理过程来实现秒级延时。如示例工程中的Timer3和Timer3_1。以下是实现2秒的延时代码：

       COleDateTime       start_time = COleDateTime::GetCurrentTime();
       COleDateTimeSpan   end_time= COleDateTime::GetCurrentTime()-start_time;
       while(end_time.GetTotalSeconds()< 2) //实现延时2秒
      {
               MSG    msg;
               GetMessage(&msg,NULL,0,0);
               TranslateMessage(&msg);
               DispatchMessage(&msg);
              
              //以上四行是实现在延时或定时期间能处理其他的消息，
　　　　　　 //虽然这样可以降低CPU的占有率，
              //但降低了延时或定时精度，实际应用中可以去掉。
              end_time = COleDateTime::GetCurrentTime()-start_time;
       }//这样在延时的时候我们也能够处理其他的消息。      
　　方式四：在精度要求较高的情况下，VC中可以利用GetTickCount()函数，该函数的返回值是   DWORD型，表示以ms为单位的计算机启动后经历的时间间隔。精度比WM_TIMER消息映射高，在较 短的定时中其计时误差为15ms，在较长的定时中其计时误差较低，如果定时时间太长，就好象死机一样，CPU占用率非常高，只能用于要求不高的延时程序中。如示例工程中的Timer4和Timer4_1。下列代码可以实现50ms的精确定时：
        DWORD dwStart = GetTickCount();
        DWORD dwEnd    = dwStart;
        do
        {
           dwEnd = GetTickCount()-dwStart;
        }while(dwEnd <50);
为使GetTickCount()函数在延时或定时期间能处理其他的消息，可以把代码改为：
        DWORD dwStart = GetTickCount();
        DWORD dwEnd    = dwStart;
        do
        {
               MSG    msg;
               GetMessage(&msg,NULL,0,0);
               TranslateMessage(&msg);
               DispatchMessage(&msg);
               dwEnd = GetTickCount()-dwStart;
        }while(dwEnd <50);
虽然这样可以降低CPU的占有率，并在延时或定时期间也能处理其他的消息，但降低了延时或定时精度。
　　方式五：与GetTickCount()函数类似的多媒体定时器函数DWORD timeGetTime(void)，该函数定时精 度为ms级，返回从Windows启动开始经过的毫秒数。微软公司在其多媒体Windows中提供了精确定时器的底 层API持，利用多媒体定时器可以很精确地读出系统的当前时间，并且能在非常精确的时间间隔内完成一 个事件、函数或过程的调用。不同之处在于调用DWORD timeGetTime(void) 函数之前必须将 Winmm.lib   和 Mmsystem.h 添加到工程中，否则在编译时提示DWORD timeGetTime(void)函数未定义。由于使用该 函数是通过查询的方式进行定时控制的，所以，应该建立定时循环来进行定时事件的控制。如示例工程中的Timer5和Timer5_1。
　　方式六：使用多媒体定时器timeSetEvent()函数，该函数定时精度为ms级。利用该函数可以实现周期性的函数调用。如示例工程中的Timer6和Timer6_1。函数的原型如下：
        MMRESULT timeSetEvent（ UINT uDelay,
                                UINT uResolution,
                                LPTIMECALLBACK lpTimeProc,
                                WORD dwUser,
                                UINT fuEvent ）
　　该函数设置一个定时回调事件，此事件可以是一个一次性事件或周期性事件。事件一旦被激活，便调用指定的回调函数， 成功后返回事件的标识符代码，否则返回NULL。函数的参数说明如下：
        uDelay：以毫秒指定事件的周期。
        Uresolution：以毫秒指定延时的精度，数值越小定时器事件分辨率越高。缺省值为1ms。
        LpTimeProc：指向一个回调函数。
        DwUser：存放用户提供的回调数据。
        FuEvent：指定定时器事件类型：
        TIME_ONESHOT：uDelay毫秒后只产生一次事件
        TIME_PERIODIC ：每隔uDelay毫秒周期性地产生事件。      
　　具体应用时，可以通过调用timeSetEvent()函数，将需要周期性执行的任务定义在LpTimeProc回调函数 中(如：定时采样、控制等)，从而完成所需处理的事件。需要注意的是，任务处理的时间不能大于周期间隔时间。另外，在定时器使用完毕后， 应及时调用timeKillEvent()将之释放。
　　方式七：对于精确度要求更高的定时操作，则应该使用QueryPerformanceFrequency()和 QueryPerformanceCounter()函数。这两个函数是VC提供的仅供Windows 95及其后续版本使用的精确时间函数，并要求计算机从硬件上支持精确定时器。如示例工程中的Timer7、Timer7_1、Timer7_2、Timer7_3。
QueryPerformanceFrequency()函数和QueryPerformanceCounter()函数的原型如下：
        BOOL   QueryPerformanceFrequency(LARGE_INTEGER ＊lpFrequency);
        BOOL   QueryPerformanceCounter(LARGE_INTEGER ＊lpCount);
　　数据类型ARGE_INTEGER既可以是一个8字节长的整型数，也可以是两个4字节长的整型数的联合结构， 其具体用法根据编译器是否支持64位而定。该类型的定义如下：
        typedef union _LARGE_INTEGER
        {
            struct
            {
               DWORD LowPart ;// 4字节整型数
               LONG   HighPart;// 4字节整型数
            };
            LONGLONG QuadPart ;// 8字节整型数
           
         }LARGE_INTEGER ;
　　在进行定时之前，先调用QueryPerformanceFrequency()函数获得机器内部定时器的时钟频率， 然后在需要严格定时的事件发生之前和发生之后分别调用QueryPerformanceCounter()函数，利用两次获得的计数之差及时钟频率，计算出事件经 历的精确时间。下列代码实现1ms的精确定时：
        LARGE_INTEGER litmp;
        LONGLONG QPart1,QPart2;
        double dfMinus, dfFreq, dfTim;
        QueryPerformanceFrequency(&litmp);
        dfFreq = (double)litmp.QuadPart;// 获得计数器的时钟频率
        QueryPerformanceCounter(&litmp);
        QPart1 = litmp.QuadPart;// 获得初始值
        do
        {
           QueryPerformanceCounter(&litmp);
           QPart2 = litmp.QuadPart;//获得中止值
           dfMinus = (double)(QPart2-QPart1);
           dfTim = dfMinus / dfFreq;// 获得对应的时间值，单位为秒
        }while(dfTim<0.001);
　　其定时误差不超过1微秒，精度与CPU等机器配置有关。 下面的程序用来测试函数Sleep(100)的精确持续时间：
        LARGE_INTEGER litmp;
        LONGLONG QPart1,QPart2;
        double dfMinus, dfFreq, dfTim;
        QueryPerformanceFrequency(&litmp);
        dfFreq = (double)litmp.QuadPart;// 获得计数器的时钟频率
        QueryPerformanceCounter(&litmp);
        QPart1 = litmp.QuadPart;// 获得初始值
        Sleep(100);
        QueryPerformanceCounter(&litmp);
        QPart2 = litmp.QuadPart;//获得中止值
        dfMinus = (double)(QPart2-QPart1);
        dfTim = dfMinus / dfFreq;// 获得对应的时间值，单位为秒     
　　由于Sleep()函数自身的误差，上述程序每次执行的结果都会有微小误差。下列代码实现1微秒的精确定时：
        LARGE_INTEGER litmp;
        LONGLONG QPart1,QPart2;
        double dfMinus, dfFreq, dfTim;
        QueryPerformanceFrequency(&litmp);
        dfFreq = (double)litmp.QuadPart;// 获得计数器的时钟频率
        QueryPerformanceCounter(&litmp);
        QPart1 = litmp.QuadPart;// 获得初始值
        do
        {
           QueryPerformanceCounter(&litmp);
           QPart2 = litmp.QuadPart;//获得中止值
           dfMinus = (double)(QPart2-QPart1);
           dfTim = dfMinus / dfFreq;// 获得对应的时间值，单位为秒
        }while(dfTim<0.000001);
其定时误差一般不超过0.5微秒，精度与CPU等机器配置有关。(完)