Linux时间编程基础
Linux时间编程是系统开发中的重要组成部分,涉及时间的获取、格式化、转换以及定时任务等多个方面，本文将详细介绍Linux时间编程的核心概念、常用函数及实践应用，帮助开发者更好地理解和运用时间管理功能。
Linux时间表示方式
Linux系统中有多种时间表示方式,主要分为以下几类：
- 日历时间（Calendar Time）：自1970年1月1日00:00:00 UTC以来的秒数，也称为Unix时间戳，通过
time()函数获取，返回time_t类型值。 - 处理器时间（Process Time）：表示进程的CPU时间消耗，包括用户态和内核态时间，通过
times()函数获取，返回clock_t类型值。 - 高精度时间（High-Resolution Time）：用于需要纳秒级精度的场景，如性能分析，通过
clock_gettime()函数获取，支持CLOCK_REALTIME（实时时间）和CLOCK_MONOTONIC（单调时间）等时钟类型。
时间获取函数
1 time()函数
time()函数是最基础的时间获取函数，声明如下：
#include <time.h> time_t time(time_t *t);
- 若参数
t非NULL，则将时间值同时存储在t指向的内存中； - 返回当前Unix时间戳,若失败则返回
(time_t)-1。
2 gettimeofday()函数
gettimeofday()函数提供微秒级精度，已逐渐被clock_gettime()取代，但部分旧代码仍在使用：
#include <sys/time.h> int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
timeval结构体包含秒（tv_sec）和微秒（tv_usec）字段；timezone参数通常设为NULL。
3 clock_gettime()函数
推荐使用的高精度时间函数：
#include <time.h> int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec *tp);
clk_id指定时钟类型，如CLOCK_REALTIME（受系统时间调整影响）或CLOCK_MONOTONIC（不受系统时间影响，适合计算耗时）；timespec结构体包含秒（tv_sec）和纳秒（tv_nsec）字段。
时间格式化与转换
1 localtime()与gmtime()
将Unix时间戳转换为可读的本地时间或UTC时间：
#include <time.h> struct tm *localtime(const time_t *timep); struct tm *gmtime(const time_t *timep);
- 返回
tm结构体指针，包含年、月、日、时、分、秒等字段； - 注意返回的指针指向静态内存,后续调用会覆盖前值。
2 strftime()函数
将tm结构体格式化为字符串：
#include <time.h> size_t strftime(char *str, size_t maxsize, const char *format, const struct tm *timeptr);
format参数支持格式化占位符，如%Y（四位年份）、%m（月份）、%d（日期）等；- 示例：
strftime(buf, sizeof(buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", &tm);
3 mktime()函数
将tm结构体转换回Unix时间戳：
#include <time.h> time_t mktime(struct tm *timeptr);
- 会自动处理
tm结构体的字段越界问题（如月份为13时自动进位）； - 返回转换后的时间戳,若失败返回
(time_t)-1。
定时器与延时
1 sleep()与usleep()
简单的延时函数：
#include <unistd.h> unsigned int sleep(unsigned int seconds); #include <unistd.h> int usleep(useconds_t usec);
sleep()以秒为单位；usleep()以微秒为单位（已废弃，推荐使用nanosleep()）。
2 nanosleep()
高精度延时函数：
#include <time.h> int nanosleep(const struct timespec *req, struct timespec *rem);
req指定延时时间（秒和纳秒）；- 若被信号中断,剩余时间会写入
rem参数，便于继续延时。
3 setitimer()与timer_create()
用于设置周期性定时器：
setitimer()：为进程设置定时器，支持ITIMER_REAL（实时时钟）、ITIMER_VIRTUAL（用户态CPU时间）等类型；timer_create()：创建 POSIX 定时器，可绑定特定信号处理函数。
实践应用场景
1 日志时间戳
在日志记录中,需将时间戳格式化为可读字符串：
time_t now = time(NULL);
struct tm *tm = localtime(&now);
char time_str[32];
strftime(time_str, sizeof(time_str), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", tm);
printf("[%s] Log message\n", time_str);
2 性能测量
使用clock_gettime()计算代码块执行时间：
struct timespec start, end;
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
// 待测代码块
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
double elapsed = (end.tv_sec - start.tv_sec) + (end.tv_nsec - start.tv_nsec) / 1e9;
printf("Elapsed time: %.6f seconds\n", elapsed);
3 定时任务调度
结合timer_create()和信号处理实现周期性任务：
timer_t timer_id;
struct sigevent sev;
sev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;
sev.sigev_signo = SIGRTMIN;
timer_create(CLOCK_REALTIME, &sev, &timer_id);
struct itimerspec its = {0};
its.it_interval.tv_sec = 1; // 每秒触发一次
its.it_value.tv_sec = 1; // 首次触发延迟1秒
timer_settime(timer_id, 0, &its, NULL);
注意事项
- 线程安全：
localtime()和gmtime()是非线程安全的，建议使用localtime_r()和gmtime_r()替代； - 时钟选择：
CLOCK_REALTIME可能受系统时间调整影响，计算耗时时应优先使用CLOCK_MONOTONIC； - 精度限制：不同硬件平台对高精度时间的支持程度不同，需通过
clock_getres()查询系统精度。
Linux时间编程提供了丰富的函数和接口,从基础的秒级时间戳到纳秒级高精度计时，能够满足不同场景的需求，开发者需根据实际应用选择合适的时间表示方式和函数，并注意线程安全与精度问题，通过合理运用时间编程技术，可以高效实现日志记录、性能优化和定时任务等功能。
