C++ 标准库 ctime
下面对 C++ 标准库中 <ctime> 头文件提供的日期时间类型与函数做一次系统、深入的梳理，包括类型定义、常用函数、格式化输入／输出、安全性问题、以及实践建议。
一、概述
<ctime>（等同于 C 语言的<time.h>）定义了表示与操作时间的基本类型和函数。- 主要用途包括获取当前时间、实现时间差计算、在日历（年/月/日、时分秒）与原始时间戳间转换，以及将时间格式化为字符串或从字符串解析时间等。
- 底层依赖于平台 C 运行时，通常以秒为基本单位；注意各函数的线程安全性与时区影响。
二、主要类型
| 类型 | 描述 |
|---|---|
std::time_t | 以实现定义的整数或浮点类型保存的“原始”时间戳，通常为自 1970‑01‑01 00:00:00 UTC 起的秒数。 |
std::clock_t | 用于 std::clock() 返回的 CPU 时间计数；与 CLOCKS_PER_SEC 配合使用，单位通常是时钟滴答。 |
std::tm | 结构体，按日历分解时间，包含年月日、时分秒、周、年中日数、夏令时标志等字段。 |
std::size_t | 用于 strftime 等函数的计数参数。 |
struct std::tm {
int tm_sec; // 秒 [0,60]（允许闰秒）
int tm_min; // 分 [0,59]
int tm_hour; // 时 [0,23]
int tm_mday; // 一月中的日 [1,31]
int tm_mon; // 月 [0,11]
int tm_year; // 自 1900 年起的年数
int tm_wday; // 一周中的日 [0,6] 0=星期日
int tm_yday; // 年中日 [0,365]
int tm_isdst; // 夏令时标志 >0=生效,0=不生效,<0=未知
};
三、获取当前时间
1. std::time
std::time_t now = std::time(nullptr);
- 功能：返回当前日历时间（
time_t），或将其写入传入指针并返回。 - 复杂度：常数时间。
- 注意：受系统时钟影响，可通过
std::gmtime/std::localtime转换为日历时间。
2. std::clock
std::clock_t c = std::clock();
double cpu_seconds = double(c) / CLOCKS_PER_SEC;
- 功能：返回程序执行以来所消耗的处理器时钟滴答数。
- 宏：
CLOCKS_PER_SEC定义每秒的时钟滴答数，常见值是 1e6 或 1e3。 - 用途：用于测量 CPU 时间（非实时），注意在长时间运行下可能溢出。
四、时间戳与日历时间相互转换
1. std::gmtime / std::localtime
std::tm* utc = std::gmtime(&now); // 转换为 UTC 日历时间
std::tm* local = std::localtime(&now); // 转换为本地时区日历时间
- 返回：指向静态
std::tm对象的指针（非线程安全）。 - 线程安全版本（C11/C++20 或 POSIX）：
std::gmtime_s(&tm, &now)/std::localtime_s(&tm, &now)（Windows）std::gmtime_r(&now, &tm)/std::localtime_r(&now, &tm)（POSIX）
2. std::mktime
std::tm tm = *local;
std::time_t t2 = std::mktime(&tm);
- 功能：将本地时区的
std::tm转换回time_t，并标准化各字段（如归一化秒／分钟越界、设置夏令时标志）。 - 注意：
tm_isdst可设为-1让实现自行判断夏令时；该函数会修改传入的tm结构。
五、字符串格式化与解析
1. std::asctime / std::ctime
char* s1 = std::asctime(&tm); // "Wed Jun 30 21:49:08 1993\n\0"
char* s2 = std::ctime(&now); // 等价于 asctime(gmtime/localtime)
- 返回：静态缓冲区指针，非线程安全。
- 线程安全版本：
asctime_s/ctime_s（Windows），或手动用std::strftime。
2. std::strftime
char buf[100];
std::size_t len = std::strftime(
buf, sizeof(buf),
"%Y-%m-%d %H:%M:%S", // 格式化模板
&tm
);
// buf = "2025-07-12 14:30:59"
- 功能：根据
std::tm及格式字符串，生成格式化日期时间文本。 - 格式说明符（常用）：
%Y年（四位）%m月（01–12）%d日（01–31）%H时（00–23）%M分（00–59）%S秒（00–60，允许闰秒）%z时区偏移（如+0800）%Z时区名称%a星期缩写（如Mon）%A星期全称
- 返回：写入字符数，不含终止
\0；若缓冲区不足，返回 0。
3. 解析字符串到 std::tm
C++17 标准尚未直接提供解析函数，需借助 C 库或自定义：
std::istringstream iss("2025-07-12 14:30:59");
std::tm tm = {};
iss >> std::get_time(&tm, "%Y-%m-%d %H:%M:%S");
if (iss.fail()) { /* 解析失败 */ }
- 需包含
<iomanip>，std::get_time从流中按指定格式填充std::tm。
六、时间差计算
1. std::difftime
double seconds = std::difftime(t2, t1);
- 功能：计算两个
time_t之间的差值（t2 - t1），以秒为单位返回double。 - 优势：避免直接做整数减法导致的溢出或类型问题。
七、实践建议
- 线程安全
- 避免使用
std::gmtime、std::localtime、std::asctime、std::ctime，改用带_s（Windows）或_r（POSIX）的安全版本，或直接用std::strftime/std::get_time。
- 避免使用
- 时区与夏令时
- 对跨时区应用，要统一使用 UTC（
gmtime）存储与计算，展示时才转换为本地时区。 - 夏令时标志由
tm_isdst控制，通常设为-1让库函数自动计算。
- 对跨时区应用，要统一使用 UTC（
- 高精度计时
std::clock仅度量 CPU 时间，分辨率和溢出可能不足。对高精度或实时测量，应使用<chrono>（如steady_clock,high_resolution_clock）。
- 避免缓冲区溢出
strftime时确保提供足够大的缓冲区，并检查返回值非零。
- 解析格式灵活性
std::get_time对流输入格式严格；对复杂输入可考虑正则或第三方库（如 Howard Hinnant 的 date 库）。
通过以上对 <ctime> 中类型、转换函数、字符串格式化／解析及注意事项的全面梳理，相信能帮助你在日志记录、调度系统、时间戳管理等场景中安全、正确地使用标准库提供的时间功能。祝编码顺利！