[Python学习日记-48] Python 中的时间处理模块

简介

Python 中表示时间的几种方式

UTC 时间

time 模块

datetime 模块

简介

        在平常的代码中，我们常常需要与时间打交道。在 Python 中，与时间处理有关的模块就包括：time、datetime、calendar（基本不用，忽略），下面分别来介绍。

        在写程序时对时间的处理可以归为以下3种：

• 时间的显示：在屏幕显示、记录日志等
• 时间的转换：例如把字符串格式的日期转成 Python 中的日期类型
• 时间的运算：计算两个日期间的差值等

Python 中表示时间的几种方式

1、时间戳（timestamp），表示的是从1970年1月1日00:00:00开始按秒计算的偏移量。例如，1728974668.993554，就是一个时间戳，表示从1970年1月1日00:00:00开始到2024年10月15日14:15:08所经过的秒数。

        为什么是从1970年1月1日00:00:00开始计算呢？这是因为人类第一台搭载 Unix 系统的小型机诞生时间就是1970年，Unix 系统是和硬件一起捆绑售卖的，所以是比较昂贵的，一台 Unix 服务器大概需要十几万一台，像 IBM 就有 AIX Unix，惠普就有 SuperDome2，而 Oracle 通过收购濒临破产的 Sun 公司获得了 Soloris。到了90年代，出现了开源版的 Unix，即大名鼎鼎的 Linux 系统，同时 Windows 系统也差不多在这个时间开始问世，而 Windows 是与 Unix 和 Linux 完全不同架构的一个视窗操作系统。直至今日我们所熟知的 macOS 就是基于 Unix 内核来开发的，所以这就是为什么苹果电脑会如此稳定且昂贵了。

2、格式化的时间字符串，例如 "2020-10-03 17:54"

3、元组（struct_time）共九个元素。由于 Python 的 time 模块实现主要调用 C 库，所以各个平台可能有所不同，Windows 上为：

time.struct_time(tm_year=2024, tm_mon=10, tm_mday=15, tm_hour=15, tm_min=1, tm_sec=51, tm_wday=1, tm_yday=289, tm_isdst=0)

元组（struct_time）中的参数如下： 

索引（Index）	属性（Attribute）	值（Values）
0	tm_year（年）	例如2011
1	tm_mon（月）	1 - 12
2	tm_mday（日）	1 - 31
3	tm_hour（时）	0 - 23
4	tm_min（分）	0 - 59
5	tm_sec（秒）	0 - 60
6	tm_wday（weekday）	0 - 6（0表示周日）
7	tm_yday（一年中的第几天）	1 - 366
8	tm_isdst（是否是夏令时）	默认为-1

UTC 时间

        UTC（Coordinated Universal Time，世界协调时）即格林威治天文时间，世界标准时间。在中国为 UTC+8，又称东8区。DST（Daylight Saving Time）即夏令时。

time 模块

一、localtime()

        将一个时间戳转换为当前时区的 struct_time，语法如下

time.localtime(secs)

        若 secs 参数未提供，则以当前时间为准。演示代码如下

import time

local_time = time.localtime()
print(local_time)

代码输出如下：

注意：time.localtime() 函数返回的时间是当前系统的本地时间，如果你想获取其他时区的时间，可以使用 pytz 库或者 datetime 模块进行处理。

二、gmtime()

        和 localtime() 方法类似，gmtime() 方法是将一个时间戳转换为 UTC 时区（0时区）的 struct_time，语法如下

time.gmtime(secs)

演示代码如下

import time

utc_time = time.gmtime()
print(utc_time)

代码输出如下：

三、time()

         返回当前时间的时间戳，即从纪元（Epoch）开始至今的秒数，语法如下

time.time()

演示代码如下

import time

timestamp = time.time()
print(timestamp)

代码输出如下：

        如果你想将时间戳转换为具体的日期和时间，可以使用 time.localtime() 或者 time.gmtime() 函数，代码如下

import time

local_time = time.localtime(time.time())
print(local_time)

代码输出如下：

注意：time.time() 函数返回的是系统时钟的时间，具体精度可以根据操作系统的能力而有所不同。在一些系统中，时间戳的精度可以达到毫秒级别

四、mktime()

        将一个元组（struct_time）转化为时间戳，语法如下

time.mktime(struct_time)

演示代码如下

import time

local_time = (2022, 10, 1, 9, 30, 0, 0, 0, 0)  # 2022年10月1日 9时30分0秒
timestamp = time.mktime(local_time)
print(timestamp)

代码输出如下：

        time.mktime() 函数使用本地时区的信息，将指定的时间转换为时间戳。它假设输入的时间是本地时间，并且使用本地时区的规则来进行转换。如果输入的时间是 UTC 时间，使用 time.mktime() 函数可能会得到错误的结果。在这种情况下，应该使用 timegm() 函数（来自 calendar 模块）将 UTC 时间转换为时间戳。

        需要注意的是，time.mktime() 函数的输入是一个包含了年、月、日、时、分、秒、星期几、年内的第几天、是否为夏令时等信息的 元组（struct_time）对象。如果只有年、月、日、时、分、秒这六个参数，可以使用 datetime 模块中的 datetime.timetuple() 方法来获得 time.struct_time 对象，然后再使用 time.mktime() 进行转换，代码如下

import time
import datetime

dt = datetime(2022, 10, 1, 9, 30, 0)
local_time = dt.timetuple()
timestamp = time.mktime(local_time)
print(timestamp)

代码输出如下：

五、sleep()

        线程将推迟指定的时间运行，以秒为单位，语法如下

time.sleep(secs)

演示代码如下

import time

print("开始执行")
time.sleep(3)  # 暂停3秒
print("暂停3秒后继续执行")

代码输出如下：

        在使用 time.sleep() 函数时，需要注意以下几点：

1. time.sleep() 函数会阻塞程序的执行，暂停指定的时间。
2. time.sleep() 函数接受的参数可以是一个小数，例如0.5表示暂停500毫秒。如果需要更精确的暂停时间，可以使用 time.perf_counter() 函数来计算时间间隔。当程序暂停时，可以通过键盘中断（按下 Ctrl+C）来提前终止暂停，继续执行后续的代码。
3. time.sleep() 函数是线程安全的，不仅会让当前线程暂停执行，也会让其他线程暂停执行。在某些情况下，time.sleep() 函数的实际暂停时间可能比指定的时间稍长，这是由于系统调度和其他因素导致的。

六、asctime()

        把一个表示时间的元组（struct_time）表示为这种形式："Sun Oct 1 12:04:38 2019"。如果没有参数，将会将 time.localtime() 作为参数传入，语法如下

time.asctime(t)

演示代码如下

import time

# 获取当前时间
current_time = time.localtime()

# 将当前时间转换为可读的字符串表示形式
readable_time = time.asctime(current_time)

print(readable_time)

代码输出如下：

七、ctime()

        把一个时间戳（按秒计算的浮点数）转化为 time.asctime() 的形式。如果参数未给或者为 None 的时候，将会默认 time.time() 为参数。它的作用相当 time.asctime(time.localtime(secs))，语法如下

time.asctime(secs)

演示代码如下

import time

timestamp = time.time()  # 获取当前时间的时间戳
print(time.ctime(timestamp))  # 将时间戳转换为字符串表示形式

代码输出如下：

八、strftime()

        把一个代表时间的元组（struct_time）（如由 time.localtime() 和 time.gmtime() 返回）转化为格式化的时间字符串，语法如下

time.strftime(format,t)

        如果参数 t 未指定，将传入 time.localtime() 作为参数， 演示代码如下

import time

# 获取当前时间
current_time = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
print("当前时间：", current_time)

# 将时间元组转换为时间字符串
time_tuple = (2021, 5, 1, 10, 30, 0, 0, 0, 0)
time_string = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time_tuple)
print("时间字符串：", time_string)

代码输出如下：

九、strptime()

        把一个格式化时间字符串转化为元组（struct_time）。实际上它和 strftime() 是逆操作，语法如下

time.strptime(string,format)

演示代码如下

import time

date_string = "2021-12-31 23:59:59"
date_format = "%Y-%m-%d %H:%M:%S"

parsed_date = time.strptime(date_string, date_format)
print(parsed_date)

代码输出如下：

十、字符串转时间格式对应表

格式符号	描述
%a	缩写形式的星期几（例如：Sun）
%A	完整形式的星期几（例如：Sunday）
%b	缩写形式的月份（例如：Jan）
%B	完整形式的月份（例如：January）
%c	日期和时间的字符串表示（例如：Fri Jan 1 09:30:00 2022）
%d	两位数日期（01-31）
%H	两位数的小时（00-23）
%I	两位数的小时（01-12）
%j	一年中的第几天（001-366）
%m	两位数月份（01-12）
%M	两位数的分钟（00-59）
%p	AM或PM（例如：AM）
%S	两位数的秒数（00-59）
%U	一年中的第几周（00-53，星期天作为一周的开始）
%w	星期的数字形式（0-6，0代表星期天）
%W	一年中的第几周（00-53，星期一作为一周的开始）
%x	日期的字符串表示（例如：01/01/2022）
%X	时间的字符串表示（例如：09:30:00）
%y	两位数年份（例如：22）
%Y	四位数年份（例如：2022）
%z	对应的是时区偏移量，格式为 ±HHMM 或者 ±HH:MM（例如：+0800 表示东八区，-0400 表示西四区）
%%	对应的是一个'%'字符

十一、 转换关系图

datetime 模块

        相比于 time 模块，datetime 模块的接口则更直观，更容易调用。

一、datetime 模块下定义的几个类

• datetime.date：表示日期的类。常用的属性有 year、month、day
• datetime.time：表示时间的类。常用的属性有 hour、minute、second、microsecond
• datetime.datetime：表示日期时间。
• datetime.timedelta：表示时间间隔，即两个时间点之间的长度。
• datetime.tzinfo：与时区有关的相关信息。

二、常用方法

1、datetime.now()

        返回当前的 datetime 日期类型，语法如下

datetime.datetime.now()

演示代码如下

import datetime

d = datetime.datetime.now()
# d.timestamp(),d.today()，d.year,d.timetuple()等方法可以调用

print(d.timestamp())
print(d.today())
print(d.year)
print(d.timetuple())

代码输出如下：

2、 date.fromtimestamp()

        把一个时间戳转为 datetime 日期类型，语法如下

datetime.date.fromtimestamp(timestamp)

演示代码如下

import datetime

print(datetime.date.fromtimestamp(1728996992.9763837))

代码输出如下：

3、timedelta()——时间运算

        用于表示时间间隔的类。它可以表示一段时间，如天、小时、分钟、秒等，并可以进行加减运算，语法如下

datetime.timedelta(days,seconds,microseconds,milliseconds,minutes,hours,weeks)

演示代码如下

import datetime

n = datetime.datetime.now()
dt = datetime.timedelta(4,1,2,3,4,5,1)

print("now:",n,"\ndelta_time:",dt)
print("new_time:",n+dt)
print("total_seconds:",dt.total_seconds())

代码输出如下： 

4、replace()——时间替换

        用于创建一个新的 datetime 对象，该对象与原对象具有相同的值，但某些字段被替换为新的值，语法如下

datetime.replace(year,month,day,hour,minute,second,microsecond,tzinfo)

 演示代码如下

import datetime

n = datetime.datetime.now()

print("now_time:",n)
print("replace_time:",n.replace(year=2025,month=10,day=1))

代码输出如下：

三、时区

        在Python中，datetime 模块中的 tzinfo 是一个抽象基类，用于表示时区信息。它定义了以下几个方法：

• utcoffset(dt)：返回时区相对于 UTC 的偏移量，以分钟为单位。如果时区为固定偏移量，则返回一个固定值；如果是动态的偏移量（例如夏时制），则根据给定的 datetime 对象返回相应的偏移量
• dst(dt)：返回当前时区在给定 datetime 对象的时间点上是否处于夏时制。如果没有夏时制，则返回 None。
• tzname(dt)：返回时区的名称，通常是一个字符串。例如，对于美国东部时区，名称是"EST"或"EDT"。
• fromutc(dt)：将给定的 datetime 对象从 UTC 转换到当前时区，并返回转换后的 datetime 对象。

为了使用 tzinfo，必须实现一个具体的子类，以提供有关特定时区的信息，演示代码如下

import datetime

# 自定义时区
class MyTimeZone(datetime.tzinfo):
    def utcoffset(self, d):
        # 返回时区相对于UTC的偏移量
        return datetime.timedelta(hours=8)

    def dst(self, d):
        # 返回夏时制信息
        return datetime.timedelta(hours=1)

    def tzname(self, d):
        # 返回时区名称
        return "My Time Zone"

# 创建一个datetime对象并指定时区
dt = datetime.datetime.now(tz=MyTimeZone())

# 打印时区信息
print(dt.tzinfo)        # 时区信息
print(dt.tzname())      # 时区的名称
print(dt.utcoffset())   # 相对于 UTC 的偏移量
print(dt.dst())         # 是否处于夏时制

代码输出如下：

        上面的代码中，我们创建了一个名为"MyTimeZone"的具体时区对象，并将其传递给 datetime.datetime.now() 方法，以创建一个具有特定时区的 datetime 对象。然后，我们可以使用 tzinfo 对象的方法来获取关于时区的信息。

        由于我们还没有学习面向对象，所以看到这个会有一定难度，其实已经有人早就定义好各个时区的模块，那就是 pytz 模块（非内置，需安装），可以用来创建一个具体的时区对象，在制作国际程序时非常有用，演示代码如下

import datetime
import pytz

print("Asia_Shanghai:",datetime.datetime.now(tz=pytz.timezone('Asia/Shanghai')))
print("America_Chicago:",datetime.datetime.now(tz=pytz.timezone('America/Chicago')))
print(pytz.all_timezones)

代码输出如下：

pytz 模块的所有时区： 

['Africa/Abidjan', 'Africa/Accra', 'Africa/Addis_Ababa', 'Africa/Algiers', 'Africa/Asmara', 'Africa/Asmera', 'Africa/Bamako', 'Africa/Bangui', 'Africa/Banjul', 'Africa/Bissau', 'Africa/Blantyre', 'Africa/Brazzaville', 'Africa/Bujumbura', 'Africa/Cairo', 'Africa/Casablanca', 'Africa/Ceuta', 'Africa/Conakry', 'Africa/Dakar', 'Africa/Dar_es_Salaam', 'Africa/Djibouti', 'Africa/Douala', 'Africa/El_Aaiun', 'Africa/Freetown', 'Africa/Gaborone', 'Africa/Harare', 'Africa/Johannesburg', 'Africa/Juba', 'Africa/Kampala', 'Africa/Khartoum', 'Africa/Kigali', 'Africa/Kinshasa', 'Africa/Lagos', 'Africa/Libreville', 'Africa/Lome', 'Africa/Luanda', 'Africa/Lubumbashi', 'Africa/Lusaka', 'Africa/Malabo', 'Africa/Maputo', 'Africa/Maseru', 'Africa/Mbabane', 'Africa/Mogadishu', 'Africa/Monrovia', 'Africa/Nairobi', 'Africa/Ndjamena', 'Africa/Niamey', 'Africa/Nouakchott', 'Africa/Ouagadougou', 'Africa/Porto-Novo', 'Africa/Sao_Tome', 'Africa/Timbuktu', 'Africa/Tripoli', 'Africa/Tunis', 'Africa/Windhoek', 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