每週一個 Python 模組 | time

專欄地址：每週一個 Python 模組

幾乎所有的正式程式碼中，我們都需要與時間打交道。在Python中，與時間處理有關的模組包括time，datetime以及calendar，本節主要講解time模組。

在 Python 中，用三種方式來表示時間，分別是時間戳、格式化時間字串和結構化時間

1. 時間戳（timestamp）：也就是 1970 年 1 月 1 日之後的秒，例如 1506388236.216345，可以通過time.time()獲得。時間戳是一個浮點數，可以進行加減運算，但請注意不要讓結果超出取值範圍。
2. 格式化的時間字串（string_time）：也就是年月日時分秒這樣的我們常見的時間字串，例如2017-09-26 09:12:48，可以通過time.strftime(`%Y-%m-%d`)獲得;
3. 結構化時間（struct_time）：一個包含了年月日時分秒的多元元組，例如time.struct_time(tm_year=2017, tm_mon=9, tm_mday=26, tm_hour=9, tm_min=14, tm_sec=50, tm_wday=1, tm_yday=269, tm_isdst=0)，可以通過time.localtime()獲得。

由於 Python 的 time 模組實現主要呼叫 C 庫，所以各個平臺可能有所不同。time 模組目前只支援到 2038 年前。如果需要處理範圍之外的日期，請使用 datetime 模組。

UTC（Coordinated Universal Time，世界協調時），亦即格林威治天文時間，世界標準時間。我們中國為東八區，比 UTC 早 8 個小時，也就是 UTC+8。關於 UTC 的縮寫，有個故事，你可能已經注意到了，按英文的縮寫，應該是 CUT，而不是 UTC。但是世界協調時在法文中的縮寫是 TUC，兩國互相不讓，作為妥協，最後乾脆簡稱 UTC。

DST（Daylight Saving Time）即夏令時。

結構化時間（struct_time）

使用time.localtime()等方法可以獲得一個結構化時間元組。

>>> time.localtime()
time.struct_time(tm_year=2017, tm_mon=9, tm_mday=26, tm_hour=10, tm_min=6, tm_sec=49, tm_wday=1, tm_yday=269, tm_isdst=0)
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結構化時間元組共有 9 個元素，按順序排列如下表：

索引	屬性	取值範圍
0	tm_year（年）	比如2017
1	tm_mon（月）	1 – 12
2	tm_mday（日）	1 – 31
3	tm_hour（時）	0 – 23
4	tm_min（分）	0 – 59
5	tm_sec（秒）	0 – 61
6	tm_wday（weekday）	0 – 6（0表示週一）
7	tm_yday（一年中的第幾天）	1 – 366
8	tm_isdst（是否是夏令時）	預設為-1

既然結構化時間是一個元組，那麼就可以通過索引進行取值，也可以進行分片，或者通過屬性名獲取對應的值。

>>>import time
>>> lt = time.localtime()
>>> lt
time.struct_time(tm_year=2017, tm_mon=9, tm_mday=26, tm_hour=9, tm_min=27, tm_sec=29, tm_wday=1, tm_yday=269, tm_isdst=0)
>>> lt[3]
9
>>> lt[2:5]
(26, 9, 27)
>>> lt.tm_wday
1
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但是要記住，Python 的 time 型別是不可變型別，所有的時間值都只讀，不能改！！

>>> lt.tm_wday = 2
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#12>", line 1, in <module>
    lt.tm_wday = 2
AttributeError: readonly attribute
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格式化時間字串

利用time.strftime(`%Y-%m-%d %H:%M:%S`)等方法可以獲得一個格式化時間字串。

>>> time.strftime(`%Y-%m-%d %H:%M:%S`)
`2017-09-26 10:04:28`
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注意其中的空格、短橫線和冒號都是美觀修飾符號，真正起控制作用的是百分符。對於格式化控制字串"%Y-%m-%d %H:%M:%S，其中每一個字母所代表的意思如下表所示，注意大小寫的區別：

格式	含義
%a	本地星期名稱的簡寫（如星期四為Thu）
%A	本地星期名稱的全稱（如星期四為Thursday）
%b	本地月份名稱的簡寫（如八月份為agu）
%B	本地月份名稱的全稱（如八月份為august）
%c	本地相應的日期和時間的字串表示（如：15/08/27 10:20:06）
%d	一個月中的第幾天（01 – 31）
%f	微秒（範圍0.999999）
%H	一天中的第幾個小時（24小時制，00 – 23）
%I	第幾個小時（12小時制，0 – 11）
%j	一年中的第幾天（001 – 366）
%m	月份（01 – 12）
%M	分鐘數（00 – 59）
%p	本地am或者pm的識別符號
%S	秒（00 – 61）
%U	一年中的星期數。（00 – 53星期天是一個星期的開始。）第一個星期天之 前的所有天數都放在第0周。
%w	一個星期中的第幾天（0 – 6，0是星期天）
%W	和%U基本相同，不同的是%W以星期一為一個星期的開始。
%x	本地相應日期字串（如15/08/01）
%X	本地相應時間字串（如08:08:10）
%y	去掉世紀的年份（00 – 99）兩個數字表示的年份
%Y	完整的年份（4個數字表示年份）
%z	與UTC時間的間隔（如果是本地時間，返回空字串）
%Z	時區的名字（如果是本地時間，返回空字串）
%%	‘%’字元

time 模組主要方法

time.sleep(t)

time 模組最常用的方法之一，用來睡眠或者暫停程式 t 秒，t 可以是浮點數或整數。

time.time()

返回當前系統時間戳。時間戳可以做算術運算。

>>> time.time()
1506391907.020303
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該方法經常用於計算程式執行時間：

import time

def func():
    time.sleep(1.14)
    pass

t1 = time.time()
func()
t2 = time.time()
print(t2 - t1)
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time.gmtime([secs])

將一個時間戳轉換為 UTC 時區的結構化時間。可選引數 secs 的預設值為time.time()。

>>> time.gmtime()
time.struct_time(tm_year=2017, tm_mon=9, tm_mday=26, tm_hour=2, tm_min=14, tm_sec=17, tm_wday=1, tm_yday=269, tm_isdst=0)

>>> t = time.time() - 10000
>>> time.gmtime(t)
time.struct_time(tm_year=2017, tm_mon=9, tm_mday=25, tm_hour=23, tm_min=31, tm_sec=3, tm_wday=0, tm_yday=268, tm_isdst=0)
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time.localtime([secs])

將一個時間戳轉換為當前時區的結構化時間。如果 secs 引數未提供，則以當前時間為準，即time.time()。

>>> time.localtime()
time.struct_time(tm_year=2017, tm_mon=9, tm_mday=26, tm_hour=10, tm_min=20, tm_sec=42, tm_wday=1, tm_yday=269, tm_isdst=0)

>>> time.localtime(1406391907)
time.struct_time(tm_year=2014, tm_mon=7, tm_mday=27, tm_hour=0, tm_min=25, tm_sec=7, tm_wday=6, tm_yday=208, tm_isdst=0)

>>> time.localtime(time.time() + 10000)
time.struct_time(tm_year=2017, tm_mon=9, tm_mday=26, tm_hour=13, tm_min=7, tm_sec=54, tm_wday=1, tm_yday=269, tm_isdst=0)
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time.ctime([secs])

把一個時間戳轉化為本地時間的格式化字串。預設使用time.time()作為引數。

>>> time.ctime()
`Tue Sep 26 10:22:31 2017`
>>> time.ctime(time.time())
`Tue Sep 26 10:23:51 2017`
>>> time.ctime(1406391907)
`Sun Jul 27 00:25:07 2014`
>>> time.ctime(time.time() + 10000)
`Tue Sep 26 13:11:55 2017`
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time.asctime([t])

把一個結構化時間轉換為Sun Aug 23 14:31:59 2017這種形式的格式化時間字串。預設將time.localtime()作為引數。

>>> time.asctime()
`Tue Sep 26 10:27:23 2017`

>>> time.asctime(time.time())
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#13>", line 1, in <module>
    time.asctime(time.time())
TypeError: Tuple or struct_time argument required
    
>>> time.asctime(time.localtime())
`Tue Sep 26 10:27:45 2017`
>>> time.asctime(time.gmtime())
`Tue Sep 26 02:27:57 2017`
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time.mktime(t)

將一個結構化時間轉化為時間戳。time.mktime()執行與gmtime(),localtime()相反的操作，它接收struct_time物件作為引數,返回用秒數表示時間的浮點數。如果輸入的值不是一個合法的時間，將觸發OverflowError或ValueError。

>>> time.mktime(1406391907)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#16>", line 1, in <module>
    time.mktime(1406391907)
TypeError: Tuple or struct_time argument required
    
>>> time.mktime(time.localtime())
1506393039.0
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time.strftime(format [, t])

返回格式化字串表示的當地時間。把一個struct_time（如time.localtime()和time.gmtime()的返回值）轉化為格式化的時間字串，顯示的格式由引數format決定。如果未指定 t，預設傳入time.localtime()。如果元組中任何一個元素越界，就會丟擲ValueError的異常。

>>> time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
`2017-09-26 10:34:50`
>>> time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S",time.gmtime())
`2017-09-26 02:34:53`
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time.strptime(string[,format])

將格式化時間字串轉化成結構化時間。該方法是time.strftime()方法的逆操作。time.strptime()方法根據指定的格式把一個時間字串解析為時間元組。要注意的是，你提供的字串要和 format 引數的格式一一對應，如果 string 中日期間使用“-”分隔，format 中也必須使用“-”分隔，時間中使用冒號“:”分隔，後面也必須使用冒號分隔，否則會報格式不匹配的錯誤。並且值也要在合法的區間範圍內，千萬不要整出 14 個月來。

>>> import time
>>> stime = "2017-09-26 12:11:30"
>>> st = time.strptime(stime,"%Y-%m-%d %H:%M:%S")
>>> st
time.struct_time(tm_year=2017, tm_mon=9, tm_mday=26, tm_hour=12, tm_min=11, tm_sec=30, tm_wday=1, tm_yday=269, tm_isdst=-1)
>>> for item in st:
    print(item)


2017
9
26
12
11
30
1
269
-1
>>> wrong_time = "2017-14-26 12:11:30"
>>> st  = time.strptime(wrong_time,"%Y-%m-%d %H:%M:%S")
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#8>", line 1, in <module>
    st  = time.strptime(wrong_time,"%Y-%m-%d %H:%M:%S")
  File "C:Python36lib\_strptime.py", line 559, in _strptime_time
    tt = _strptime(data_string, format)[0]
  File "C:Python36lib\_strptime.py", line 362, in _strptime
    (data_string, format))
ValueError: time data `2017-14-26 12:11:30` does not match format `%Y-%m-%d %H:%M:%S`
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time.clock()

返回執行當前程式的 CPU 時間。用來衡量不同程式的耗時。該方法在不同的系統上含義不同。在 Unix 系統上，它返回的是“程式時間”，用秒錶示的浮點數（時間戳）。在 Windows 中，第一次呼叫，返回的是程式執行的實際時間，而第二次之後的呼叫是自第一次呼叫以後到現在的執行時間。

import time

def procedure() :
  time.sleep(3)

time1 = time.clock()
procedure()
print(time.clock() - time1, "seconds process time!") 

# 2.999257758349577 seconds process time!
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時間格式之間的轉換

Python 的三種型別時間格式，可以互相進行轉換，如下圖和下表所示：

從	到	方法
時間戳	UTC結構化時間	gmtime()
時間戳	本地結構化時間	localtime()
UTC結構化時間	時間戳	calendar.timegm()
本地結構化時間	時間戳	mktime()
結構化時間	格式化字串	strftime()
格式化字串	結構化時間	strptime()

>>> t = time.time()         # t是一個時間戳

>>> time.gmtime(t - 10000)      # t減去1萬秒，然後轉換成UTC結構化時間
time.struct_time(tm_year=2017, tm_mon=9, tm_mday=25, tm_hour=22, tm_min=50, tm_sec=36, tm_wday=0, tm_yday=268, tm_isdst=0)

>>> lt = time.localtime(t - 10000)  # t減去1萬秒，然後轉換成中國本地結構化時間
time.struct_time(tm_year=2017, tm_mon=9, tm_mday=26, tm_hour=6, tm_min=50, tm_sec=36, tm_wday=1, tm_yday=269, tm_isdst=0)

>>> time.mktime(lt)     # 從本地結構化時間轉換為時間戳
1506379836.0
>>> st = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S",lt)  # 從本地結構化時間轉換為時間字串
>>> st
`2017-09-26 06:50:36`

>>> lt2 = time.strptime(st, "%Y-%m-%d %H:%M:%S") # 從時間字串轉換為結構化時間
>>> lt2
time.struct_time(tm_year=2017, tm_mon=9, tm_mday=26, tm_hour=6, tm_min=50, tm_sec=36, tm_wday=1, tm_yday=269, tm_isdst=-1)
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