Python3标准库：time时钟时间

1. time时钟时间

time模块允许访问多种类型的时钟，分别用于不同的用途。标准系统调用(如time())会报告系统“墙上时钟”时间。monotonic()时钟可以用于测量一个长时间运行的进程的耗用时间(elapsed time)，因为即使系统时间有改变，也能保证这个时钟不会逆转。对于性能测试，perf_counter()允许访问有最高可用分辨率的时钟，这使得短时间测量更为准确。CPU时间可以通过clock()得到，process_time()会返回处理器时间和系统时间的组合结果。

1.1 比较时钟

时钟的实现细节因平台而异。可以使用get_clock_info()获得当前实现的基本信息，包括时钟的分辨率。

import textwrap
import time

available_clocks = [
    ('monotonic', time.monotonic),
    ('perf_counter', time.perf_counter),
    ('process_time', time.process_time),
    ('time', time.time),
]

for clock_name, func in available_clocks:
    print(textwrap.dedent('''
    {name}:
        adjustable    : {info.adjustable}
        implementation: {info.implementation}
        monotonic     : {info.monotonic}
        resolution    : {info.resolution}
        current       : {current}
    ''').format(
        name=clock_name,
        info=time.get_clock_info(clock_name),
        current=func())
    )

monotonic和perf_counter时钟是通过相同的底层系统调用来实现的。

1.2 wall clock time 

time模块的核心函数之一是time()，它会把从“纪元”开始以来的秒数作为一个浮点值返回。

import time

print('The time is:', time.time())

纪元是时间测量的起始点，对于UNIX系统这个起始时间就是1970年1月1日 0:00。尽管这个值总是一个浮点数，但具体的精度依赖于具体的平台。

浮点数表示对于存储或比较日期很有用，但是对于生成人类刻度的表示就有些差强人意了。要记录或打印时间，ctime()可能是更好的选择。 

import time

print('The time is      :', time.ctime())
later = time.time() + 15
print('15 secs from now :', time.ctime(later))

这个例子中的第二个print()调用显示了如何使用ctime()格式化非当前的时间的另一个时间值。

1.3 单调时钟

由于time()查看系统时钟，并且用户或系统服务可能改变系统时钟来同步多个计算机上的时钟，所以反复调用time()所产生的值可能向前和向后。试图测量持续时间或者使用这些时间来完成计算时，这可能会导致意想不到的行为。为了避免这些情况，可以使用monotonic()，它总是返回向前的值。

import time

start = time.monotonic()
time.sleep(0.1)
end = time.monotonic()
print('start : {:>9.2f}'.format(start))
print('end   : {:>9.2f}'.format(end))
print('span  : {:>9.2f}'.format(end - start))

单调时钟的起始点没有被定义，所以返回值只是在与其他时钟值完成计算时有用。在这个例子中，使用monotonic()来测量睡眠持续时间。

1.4 处理器时钟的时间

time()返回的是一个墙上时钟时间，而clock()返回处理器时钟时间。clock()返回的值反映了程序运行时使用的实际时间。

import hashlib
import time

# Data to use to calculate md5 checksums
data = open(__file__, 'rb').read()

for i in range(5):
    h = hashlib.sha1()
    print(time.ctime(), ': {:0.3f} {:0.3f}'.format(
        time.time(), time.process_time()))
    for i in range(300000):
        h.update(data)
    cksum = h.digest()

在这个例子中，每次循环迭代时，会打印格式化的ctime()时间，以及time()和clock()返回的浮点值。

一般情况下，如果程序什么也没有做，则处理器时钟不会“滴答”(tick)。

import time

template = '{} - {:0.2f} - {:0.2f}'

print(template.format(
    time.ctime(), time.time(), time.process_time())
)

for i in range(3, 0, -1):
    print('Sleeping', i)
    time.sleep(i)
    print(template.format(
        time.ctime(), time.time(), time.process_time())
    )

在这个例子中，循环几乎不做什么工作，每次迭代后都会睡眠。应用睡眠时，time()值会增加，而clock()值不会增加。

调用sleep()会从事当前线程交出控制，并要求这个现场等待系统再次将其唤醒。如果程序只有一个线程，则这个函数实际上会阻塞应用，使它不做任何工作。 

1.5 性能计数器 

在测量性能时，高分辨率时钟是必不可少的。要确定最好的时钟数据源，需要有平台特定的知识，python通过perf_counter()来提供所需的这些知识。

import hashlib
import time

# Data to use to calculate md5 checksums
data = open(__file__, 'rb').read()

loop_start = time.perf_counter()

for i in range(5):
    iter_start = time.perf_counter()
    h = hashlib.sha1()
    for i in range(300000):
        h.update(data)
    cksum = h.digest()
    now = time.perf_counter()
    loop_elapsed = now - loop_start
    iter_elapsed = now - iter_start
    print(time.ctime(), ': {:0.3f} {:0.3f}'.format(
        iter_elapsed, loop_elapsed))

类似于monotonic()，perf_counter()的纪元未定义，所以返回值值用于比较和计算值，而不作为绝对时间。

1.6 时间组成

有些情况下需要把时间存储为过去了多少秒(秒数)，但是另外一些情况下，程序需要访问一个日期的各个字段(例如，年和月)。time模块定义了struct_time来保存日期和时间值，其中分解了各个组成部分以便于访问。很多函数都要处理struct_time值不是浮点值。

import time

def show_struct(s):
    print('  tm_year :', s.tm_year)
    print('  tm_mon  :', s.tm_mon)
    print('  tm_mday :', s.tm_mday)
    print('  tm_hour :', s.tm_hour)
    print('  tm_min  :', s.tm_min)
    print('  tm_sec  :', s.tm_sec)
    print('  tm_wday :', s.tm_wday)
    print('  tm_yday :', s.tm_yday)
    print('  tm_isdst:', s.tm_isdst)

print('gmtime:')
show_struct(time.gmtime())
print('
localtime:')
show_struct(time.localtime())
print('
mktime:', time.mktime(time.localtime()))

gmtime()函数以UTC格式返回当前时间。localtime()会返回应用了当前时区的当前时间。mktime()取一个struct_time实例，将它转换为浮点数表示。

1.7 解析和格式化时间

函数strptime()和strftime()可以在时间值的struct_time表示和字符串表示之间转换。这两个函数支持大量格式化指令，允许不同方式的输入和输出。

下面的这个例子将当前时间从字符串转换为struct_time实例，然后再转换回字符串。

import time

def show_struct(s):
    print('  tm_year :', s.tm_year)
    print('  tm_mon  :', s.tm_mon)
    print('  tm_mday :', s.tm_mday)
    print('  tm_hour :', s.tm_hour)
    print('  tm_min  :', s.tm_min)
    print('  tm_sec  :', s.tm_sec)
    print('  tm_wday :', s.tm_wday)
    print('  tm_yday :', s.tm_yday)
    print('  tm_isdst:', s.tm_isdst)

now = time.ctime(1483391847.433716)
print('Now:', now)

parsed = time.strptime(now)
print('
Parsed:')
show_struct(parsed)

print('
Formatted:',
      time.strftime("%a %b %d %H:%M:%S %Y", parsed))

输出字符串与输入字符串并不完全相同，因为日期前面加了一个前缀0(由“2”变为"02")。