40 C 语言日期与时间函数详解：time、ctime、difftime、clock（含 UTC/本地时间转换）

1 UTC 时间与本地时间

1.1 UTC 时间

• 定义：UTC（Coordinated Universal Time，协调世界时）是全球统一的时间标准，以原子钟的高精度计时为基础，独立于地球自转。
• 特点：
  • 不受地理位置或时区影响，是全球各时区统一参考的时间基准。
  • 通过引入闰秒（每年最多增加或减少 1 秒）进行调整，以补偿地球自转速度的微小变化。
  • 确保与基于地球自转的天文时间（UT1）之间的偏差不超过 0.9 秒。
• 示例：2025-05-20 17:20:00 UTC 表示全球统一的时间点。

1.2 本地时间

• 定义：本地时间（Local Time） 是指将协调世界时（UTC）根据所在时区的偏移量进行调整后的时间，用于满足日常生活中对时间显示和使用的需求。
• 时区（Time Zone）：
  • 全球被划分为 24 个主要时区，相邻时区之间通常相差 1 小时。
  • 部分国家或地区采用 30 分钟或 45 分钟 的非整点时区偏移，如印度（UTC+5:30）、尼泊尔（UTC+5:45）。
  • 时区通常以 UTC+X 或 UTC−X 的形式表示：
    • UTC+8（如北京时间）表示比 UTC 快 8 小时。
    • UTC−5（如美国东部标准时间）表示比 UTC 慢 5 小时。
• 夏令时（Daylight Saving Time, DST）：
  • 某些地区在夏季实行夏令时，通常将时间提前 1 小时（把钟表的时间从当前时间向后调快 1 小时），以更好地利用自然光照，节约能源。
  • 夏令时的开始与结束时间因国家和地区而异，可能导致本地时间与 UTC 的偏移在一年中发生临时变化。
• 示例：假设当前 UTC 时间为：2025-05-20 12:00:00
  • 北京（UTC+8） 的本地时间为：2025-05-20 20:00:00
  • 纽约（UTC−5，非夏令时期间） 的本地时间为：2025-05-20 07:00:00

1.3 UTC 与本地时间的转换

• 转换公式：
  • 本地时间 = UTC 时间 + 时区偏移量（需考虑是否启用夏令时）
  • UTC 时间 = 本地时间 – 时区偏移量（需考虑是否启用夏令时）
• 示例：
  • 若北京时间（UTC+8，非夏令时）为 2025-05-20 10:00:00，则对应的 UTC 时间为：
    • UTC 时间 = 10:00 – 8 = 02:00，即 2025-05-20 02:00:00
  • 若 UTC 时间为 2025-05-20 12:00:00，则纽约时间（UTC-5，非夏令时）为：
    • 本地时间 = 12:00 + (-5) = 07:00，即 2025-05-20 07:00:00

1.4 时间戳

• 定义：时间戳（Timestamp）通常表示自 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC（称为 Unix 纪元）以来经过的秒数。
• 特点：
  • 是 UTC 时间的一种数值化表示形式，不依赖于任何时区。
  • 便于程序进行时间的比较、存储和计算。

2 time() 函数

2.1 函数原型

#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 time() 函数

time_t time(time_t *timer);

2.2 功能说明

        time() 函数用于获取当前的日历时间（即从 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC 开始经过的秒数，不包括闰秒），并将其作为 time_t 类型的值返回。

        time_t 类型通常是一个长整型（如 long 或 long long），用于表示时间戳（秒数）。在 printf 中输出时，常用 %ld 或 %lld 作为占位符，具体取决于平台。最常用写法（搭配强制转换）：printf("%ld", (long)now) 。

• 参数：
  • timer：一个指向 time_t 类型变量的指针。
    • 如果该参数不为 NULL，则当前时间也会被存储到该指针指向的变量中；
    • 若为 NULL 或 0，则仅返回时间值。
• 返回值：
  • 成功时返回当前的时间值（以秒为单位的 time_t 类型）。
  • 如果失败（例如系统无法获取当前时间），返回 (time_t)(-1)。

2.3 注意事项

2.4 应用场景

2.5 示例程序

#include <stdio.h>
#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 time() 函数

int main()
{
time_t current_time; // 声明一个 time_t 类型的变量来存储当前时间戳

// 情况 1：参数为 NULL，仅返回当前时间值
time_t returned_time = time(NULL);
// 可选的检查返回值
if (returned_time == (time_t)-1)
{
printf("无法获取当前时间（参数为 NULL 的情况）。\\n");
}
else
{
printf("情况1（参数为 NULL）：当前时间戳：%ld\\n", (long)returned_time);
}

// 情况 2：参数为 0，仅返回当前时间值
printf("情况2（参数为 0）：当前时间戳：%ld\\n", (long)time(0));

// 情况 3：参数为非 NULL，当前时间会被存储到指针指向的变量中
time(&current_time); // 传入变量的地址，将当前时间戳存储到该变量中
// 一般不检查返回值，直接使用
printf("情况3（参数为非 NULL）：当前时间戳：%ld\\n", (long)current_time);

return 0;
}

        程序在 VS Code 中的运行结果如下所示：

3 ctime() 函数

3.1 函数原型

#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 ctime() 函数

char *ctime(const time_t *timer);

3.2 功能说明

        ctime() 函数用于将 time_t 类型表示的时间值（即时间戳）转换为一个可读性良好的字符串形式，返回的是一个表示本地时间的字符串。

• 参数：
  • timer：指向一个 time_t 类型变量的指针，表示要转换的时间值。
• 返回值：
  • 成功时返回一个指向静态字符数组的指针，该数组中保存了格式化后的时间字符串；
  • 如果失败（如传入的 timer 为 NULL 或系统内部错误），则返回 NULL。

3.3 注意事项

3.4 应用场景

3.5 示例程序

#include <stdio.h>
#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 time() 和 ctime() 函数

int main()
{
time_t current_time; // 声明一个 time_t 类型的变量来存储当前时间戳

// 情况 1：参数为 NULL，仅返回当前时间值
time_t returned_time = time(NULL);
// 可选的检查返回值
if (returned_time == (time_t)-1)
{
printf("无法获取当前时间（参数为 NULL 的情况）。\\n");
}
else
{
printf("情况1（参数为 NULL）：当前时间戳：%ld\\n", (long)returned_time);
// 使用 ctime 输出可读时间字符串
printf("情况1 对应的本地时间：%s", ctime(&returned_time)); // 不需要换行符，ctime() 函数会自动添加
}

// 情况 2：参数为非 NULL，当前时间会被存储到指针指向的变量中
time(&current_time); // 传入变量的地址，将当前时间戳存储到该变量中
printf("情况2（参数为非 NULL）：当前时间戳：%ld\\n", (long)current_time);
// 使用 ctime 输出可读时间字符串
printf("情况2 对应的本地时间：%s", ctime(&current_time)); // 不需要换行符，ctime() 函数会自动添加

return 0;
}

        程序在 VS Code 中的运行结果如下所示：

4 difftime() 函数

4.1 函数原型

#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 difftime() 函数

double difftime(time_t time2, time_t time1);

4.2 功能说明

        difftime() 函数用于计算两个时间点之间的时间差（以秒为单位）。这两个时间点通常是由 time() 函数获取的 time_t 类型的时间戳。

• 参数：
  • time2：结束时间，一个 time_t 类型值。
  • time1：开始时间，一个 time_t 类型值。
• 返回值：
  • 返回 time2 – time1 的差值，结果以 double 类型表示，单位为秒；
  • 如果 time2 比 time1 小（即结束时间早于开始时间），则返回负数。

4.3 注意事项

4.4 应用场景

4.5 示例程序

#include <stdio.h>
#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 time() 和 difftime() 函数

int main()
{
time_t start_time, end_time; // 定义两个 time_t 变量用于保存时间戳

printf("程序开始计时…\\n");
start_time = time(NULL); // 获取开始时间

// 模拟耗时操作（通过循环延时）
for (unsigned long long i = 0; i < 10000000000LL; ++i)
; // 简单延迟

end_time = time(NULL); // 获取结束时间

// 使用 difftime 计算时间差
double elapsed_seconds = difftime(end_time, start_time);

printf("程序结束计时。\\n");
printf("经过的时间：%lf 秒\\n", elapsed_seconds);

return 0;
}

        程序在 VS Code 中的运行结果如下所示：

5 clock() 函数

5.1 函数原型

#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 clock() 函数

clock_t clock(void);

5.2 功能说明

        clock() 函数返回自程序启动以来（或程序进入当前状态以来）的处理器时间（CPU 时间），单位通常是 “时钟滴答”（clock ticks）。该时间以 clock_t 类型表示，通常用于测量一段代码的 CPU 执行时间。

• 返回值：
  • 返回当前进程使用的处理器时间（CPU 时间），单位为 CLOCKS_PER_SEC（每秒的时钟滴答数），而不是秒数；
    • 示例：如果 CLOCKS_PER_SEC 是 1000000，则 clock() 返回的值除以 1000000 可以得到秒数。
    • 因此，clock() 返回的滴答数除以 CLOCKS_PER_SEC 可以得到以秒为单位的 CPU 时间。
  • 返回 (clock_t)(-1)（通常是 -1），并可能设置 errno（但标准未明确要求设置 errno，具体行为依赖实现）。

5.3 注意事项

5.4 应用场景

5.5 示例程序

#include <stdio.h>
#include <time.h> // 必须包含此头文件才能使用 clock() 函数

int main()
{
// 记录开始时间
clock_t start_time = clock();

// 模拟一个耗时的操作
for (unsigned long long i = 0; i < 10000000000LL; ++i)
; // 简单延迟

// 记录结束时间
clock_t end_time = clock();

// 计算消耗的 CPU 时间，并将其转换为秒(除以 CLOCKS_PER_SEC)
double cpu_time_used = ((double)(end_time – start_time)) / CLOCKS_PER_SEC;

printf("模拟操作消耗的 CPU 时间: %lf 秒\\n", cpu_time_used);

return 0;
}

        程序在 VS Code 中的运行结果如下所示：

6 日期与时间函数总结

补充说明：

• time_t 类型：通常为长整型（如 long 或 long long），用于表示自 Unix 纪元（1970-01-01 00:00:00 UTC）以来经过的秒数，即时间戳。
• ctime() 的线程安全性：该函数返回一个指向内部静态缓冲区的指针，内容在每次调用时会被覆盖。
• difftime() 的优势：该函数基于标准 C 定义，能够准确计算两个时间点之间的差值，单位为秒（支持小数），适用于跨平台、跨时区的时间差比较，是推荐的标准方法。
• clock() 的局限性：它返回的是程序所占用的 CPU 时间，而非真实世界时间（wall-clock time），因此不适合用于测量 I/O 操作、睡眠或等待外部事件的时间。