Python 日期与时间

Python 日期与时间

处理日期和时间是编程中的常见需求。Python 提供了强大的模块来处理日期、时间以及时间间隔。

主要的内置模块是：

• time：提供与系统时间相关的函数，包括时间测量和休眠。通常是更底层的操作。
• datetime：以更面向对象的方式提供用于处理日期和时间的类。通常是大多数日期/时间计算和表示的首选。
• calendar：提供与日历相关的函数，例如生成文本日历。

纪元（Epoch）与时间刻度（Ticks）

许多系统将时间测量为自一个特定起点（称为纪元，Epoch）以来经过的秒数。对于基于 Unix 的系统（包括 Linux 和 macOS），纪元通常是 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 (UTC)。Windows 可能对某些系统函数使用不同的纪元，但 Python 的 time 模块始终使用 Unix 纪元。

函数 time.time() 返回当前时间，它是一个浮点数，表示自纪元以来的秒数。这个值有时被称为“Unix 时间戳”（Unix timestamp）或“时间刻度”（ticks）（尽管 ‘ticks’ 在不同上下文中可能具有其他含义）。

示例：获取自纪元以来的秒数

#!/usr/bin/env python3
import time

seconds_since_epoch = time.time()
print(f"Seconds since epoch: {seconds_since_epoch}") # 打印自纪元以来的秒数

这会产生如下输出：

Seconds since epoch: 1678886400.123456

直接使用纪元秒数对于简单的时差计算很有用，但表示特定的日期和时间通常需要更结构化的格式。

时间结构 (struct_time)

time 模块中的几个函数处理或返回一个名为 time.struct_time 的类似元组的对象。它表示一个特定的时间点，包含年、月、日、时、分等组件。

该结构包含以下属性（可通过索引或名称访问）：

索引	属性	值
0	tm_year	年（例如 2023）
1	tm_mon	月（1-12）
2	tm_mday	月中的日期（1-31）
3	tm_hour	时（0-23）
4	tm_min	分（0-59）
5	tm_sec	秒（0-61；包含闰秒）
6	tm_wday	星期几（0=周一 到 6=周日）
7	tm_yday	一年中的第几天（1-366）
8	tm_isdst	夏令时标志（0、1，未知时为 -1）

将当前时间获取为 struct_time

time.localtime() 将自纪元以来的秒数（如果没有提供参数，则为当前时间）转换为表示本地时间的 struct_time 对象。

#!/usr/bin/env python3
import time

local_time_struct = time.localtime() # 使用当前时间
print(f"Local time struct: {local_time_struct}") # 打印本地时间结构

# 访问元素
print(f"Year: {local_time_struct.tm_year}") # 打印年份
print(f"Hour: {local_time_struct.tm_hour}") # 打印小时

time.gmtime() 工作方式类似，但返回的是协调世界时 (UTC) 的 struct_time。

格式化时间

虽然 struct_time 是结构化的，但它不是非常易读。Python 提供了将时间格式化为字符串的函数。

time.asctime()：将 struct_time（如果没有参数，则为当前本地时间）转换为标准的 24 个字符的字符串格式。

#!/usr/bin/env python3
import time

# 使用当前本地时间
ascii_time_now = time.asctime()
print(f"Formatted time (asctime): {ascii_time_now}") # 打印格式化后的时间 (asctime)

# 使用特定的 struct_time
local_time_struct = time.localtime()
ascii_time_local = time.asctime(local_time_struct)
print(f"Formatted time from struct: {ascii_time_local}") # 打印从 struct_time 格式化的时间

输出可能看起来像：Formatted time (asctime): Wed Mar 15 12:30:00 2023

time.strftime()：通过允许使用自定义格式代码，提供了更大的灵活性。

#!/usr/bin/env python3
import time

local_time_struct = time.localtime()

# 示例格式代码：
# %Y - 带世纪的年份（例如 2023）
# %m - 月份，带前导零的十进制数（01-12）
# %d - 月份中的日期，带前导零的十进制数（01-31）
# %H - 小时（24 小时制），带前导零的十进制数（00-23）
# %M - 分钟，带前导零的十进制数（00-59）
# %S - 秒，带前导零的十进制数（00-61）
# %a - 星期的缩写名称（Sun, Mon, ...）
# %A - 星期的完整名称（Sunday, Monday, ...）
# %b - 月份的缩写名称（Jan, Feb, ...）
# %B - 月份的完整名称（January, February, ...）

formatted_string = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", local_time_struct)
print(f"Custom format 1: {formatted_string}") # 打印自定义格式 1

formatted_string_verbose = time.strftime("%A, %B %d, %Y (%I:%M:%S %p %Z)", local_time_struct)
# %I - 小时（12 小时制），%p - AM/PM，%Z - 时区名称
print(f"Custom format 2: {formatted_string_verbose}") # 打印自定义格式 2

strftime 对于创建各种格式的易读日期/时间字符串非常有用。

time 模块参考

time 模块中的关键函数：

函数	描述
time.time()	返回当前时间，为自纪元以来的秒数（浮点数）。
time.sleep(secs)	暂停执行指定的秒数（可以是浮点数）。
time.localtime([secs])	将自纪元以来的秒数转换为本地 struct_time。
time.gmtime([secs])	将自纪元以来的秒数转换为 UTC struct_time。
time.mktime(t)	将本地 struct_time 对象 t 转换回自纪元以来的秒数。
time.asctime([t])	将 struct_time 对象 t 转换为标准格式的字符串。
time.strftime(format[, t])	根据 format 代码将 struct_time 对象 t 格式化为字符串。
time.strptime(string, format)	根据 format 代码解析表示时间的 string 字符串，返回 struct_time。
time.perf_counter()	返回高精度性能计数器的值（用于测量短时间间隔）。绝对值未定义，只有两次调用之间的差值有效。
time.process_time()	返回当前进程的系统和用户 CPU 时间总和。用于基准测试 CPU 使用情况。

注意：time.clock() 在 Python 3.3 中已弃用，并在 3.8 中移除。请改用 time.perf_counter() 或 time.process_time()，取决于你需要测量性能的“墙上时钟”时间还是 CPU 时间。

datetime 模块（现代方法）

虽然 time 模块很有用，但 datetime 模块提供了更强大、更面向对象的方式来处理日期和时间。它通常推荐用于大多数应用。

datetime 中的关键类：

• datetime.date：表示一个日期（年、月、日）。
• datetime.time：表示一个时间（时、分、秒、微秒）。
• datetime.datetime：表示日期和时间。
• datetime.timedelta：表示两个日期或时间之间的时间段或差值。
• datetime.timezone：表示时区信息（更强大的时区处理通常需要外部库如 pytz 或在 Python 3.9+ 中使用 zoneinfo）。

示例：使用 datetime

#!/usr/bin/env python3
from datetime import datetime, date, timedelta

# 获取当前日期和时间
now = datetime.now()
print(f"Current datetime: {now}") # 打印当前日期时间

# 获取当前日期
today = date.today()
print(f"Current date: {today}") # 打印当前日期

# 创建特定的日期和日期时间对象
d1 = date(2024, 7, 20)
dt1 = datetime(2024, 7, 20, 15, 30, 0)
print(f"Specific date: {d1}") # 打印特定日期
print(f"Specific datetime: {dt1}") # 打印特定日期时间

# 使用 strftime 格式化（也适用于 datetime 对象）
print(f"Formatted datetime: {now.strftime('%Y/%m/%d %H:%M')}") # 打印格式化后的日期时间

# 使用 timedelta 进行日期算术运算
yesterday = today - timedelta(days=1)
next_week = today + timedelta(weeks=1)
print(f"Yesterday was: {yesterday}") # 打印昨天日期
print(f"Next week is: {next_week}") # 打印下周日期

# 计算日期时间差
diff = now - dt1
print(f"Difference between now and dt1: {diff}") # 打印 now 和 dt1 之间的时间差
print(f"Difference in seconds: {diff.total_seconds()}") # 打印以秒为单位的时间差

# 将字符串解析为 datetime 对象
date_string = "2023-01-15 10:00:00"
parsed_dt = datetime.strptime(date_string, "%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(f"Parsed datetime: {parsed_dt}") # 打印解析后的日期时间

与 time.struct_time 相比，datetime 模块提供了更简洁的接口用于日期和时间的算术运算及操作。

calendar 模块

calendar 模块提供了与日历相关的函数，例如生成月度或年度文本日历以及判断闰年。

示例：打印某个月的日历

#!/usr/bin/env python3
import calendar

# 获取 2024 年 3 月的文本日历
cal_text = calendar.month(2024, 3)
print("Calendar for March 2024:") # 打印 "Calendar for March 2024:"
print(cal_text) # 打印日历文本

# 检查是否为闰年
is_leap = calendar.isleap(2024)
print(f"Is 2024 a leap year? {is_leap}") # 打印 "Is 2024 a leap year? {is_leap}"

# 获取特定日期的星期几代码（0=周一）
weekday_code = calendar.weekday(2024, 3, 15)
print(f"Weekday code for 2024-03-15: {weekday_code} (Friday)") # 打印 "Weekday code for 2024-03-15: {weekday_code} (Friday)"

# 设置每周的第一天（例如，周日 = 6）
# calendar.setfirstweekday(calendar.SUNDAY)
# cal_text_sun_start = calendar.month(2024, 3)
# print("\nCalendar starting on Sunday:")
# print(cal_text_sun_start)

其他有用的库

对于更高级的日期/时间处理，特别是涉及时区或解析复杂日期字符串的情况，可以考虑以下流行的第三方库：

• pytz：提供全面的时区支持（使用 Olson 时区数据库）。对于准确的时区感知应用至关重要。
• python-dateutil：提供 datetime 的强大扩展，包括解析各种格式的日期字符串的更高级功能。
• zoneinfo（内置，Python 3.9+）：提供访问系统 IANA 时区数据库的功能，对于许多用例来说是 pytz 的标准库替代方案。