Python 处理日期与时间的全面总结

Python的时间处理模块在日常的使用中用的较多，但是使用的时候基本上都是要查资料，还是有些麻烦的，梳理下，便于以后方便的使用。

时间相关概念

秒 在1967年的第13届国际度量衡会议上决定以原子时定义的秒作为时间的国际标准单位：铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间, 起始历元定在1958年1月1日0时。

原子钟是一种时钟，它以原子共振频率标准来计算及保持时间的准确。原子钟是世界上已知最准确的时间测量和频率标准。

GMT 格林威治标准时间（Greenwich Mean Time），是指位于伦敦郊区的皇家格林威治天文台的标准时间，因为本初子午线（Prime meridian）被定义为通过那里的经线。GMT也叫世界时UT。

UTC 协调世界时间（Coordinated Universal Time）, 又称世界标准时间，基于国际原子钟，误差为每日数纳秒。协调世界时的秒长与原子时的秒长一致，在时刻上则要求尽量与世界时接近（规定二者的差值保持在 0.9秒以内）。

闰秒 不只有闰年，还有闰秒。闰秒是指为保持协调世界时接近于世界时时刻，由国际计量局统一规定在年底或年中（也可能在季末）对协调世界时增加或减少1秒的调整。由于地球自转的不均匀性和长期变慢性（主要由潮汐摩擦引起的），会使世界时（民用时）和原子时之间相差超过到±0.9秒时，就把世界时向前拨1秒（负闰秒，最后一分钟为59秒）或向后拨1秒（正闰秒，最后一分钟为61秒）；闰秒一般加在公历年末或公历六月末。

时区 是地球上的区域使用同一个时间定义。有关国际会议决定将地球表面按经线从南到北，划分成24个时区，并且规定相邻区域的时间相差1小时。当人们跨过一个区域，就将自己的时钟校正1小时（向西减1小时，向东加1小时），跨过几个区域就加或减几小时。比如我大中国处于东八区，表示为GMT+8。

夏令时 （Daylight Saving Time：DST），又称日光节约时制、日光节约时间或夏令时间。这是一种为节约能源而人为规定地方时间的制度，在夏天的时候，白天的时间会比较长，所以为了节约用电，因此在夏天的时候某些地区会将他们的时间定早一小时，也就是说，原本时区是8点好了，但是因为夏天太阳比较早出现，因此把时间向前挪，在原本8点的时候，订定为该天的9点(时间提早一小时)～如此一来，我们就可以利用阳光照明，省去了花费电力的时间，因此才会称之为夏季节约时间！

Unix时间戳 指的是从协调世界时（UTC）1970年1月1日0时0分0秒开始到现在的总秒数，不考虑闰秒。

>>> import time
>>> time.time()
1473386416.954
>>> time.ctime()
'Fri Sep 09 10:00:25 2016'
>>> time.ctime(time.time())
'Fri Sep 09 10:28:08 2016'
>>> time.asctime()
'Fri Sep 09 10:22:40 2016'
>>> time.asctime(time.localtime())
'Fri Sep 09 10:33:00 2016'
>>> time.localtime()
time.struct_time(tm_year=2016, tm_mon=9, tm_mday=9, tm_hour=10, tm_min=1, tm_sec=19, tm_wday=4, tm_yday=253, tm_isdst=0)
>>> time.localtime(time.time())
time.struct_time(tm_year=2016, tm_mon=9, tm_mday=9, tm_hour=10, tm_min=19, tm_sec=11, tm_wday=4, tm_yday=253, tm_isdst=0)
>>> time.gmtime()
time.struct_time(tm_year=2016, tm_mon=9, tm_mday=9, tm_hour=2, tm_min=13, tm_sec=10, tm_wday=4, tm_yday=253, tm_isdst=0)
>>> time.gmtime(time.time())
time.struct_time(tm_year=2016, tm_mon=9, tm_mday=9, tm_hour=2, tm_min=15, tm_sec=35, tm_wday=4, tm_yday=253, tm_isdst=0)

>>> time.mktime(time.localtime())
1473388585.0

>>> time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S", time.localtime())
'2016-09-09 10:54:21'

>>> time.strptime(time.ctime())
time.struct_time(tm_year=2016, tm_mon=9, tm_mday=9, tm_hour=11, tm_min=0, tm_sec=4, tm_wday=4, tm_yday=253, tm_isdst=-1)

import time
time.sleep(1)
print("clock1:%s" % time.clock())
time.sleep(1)
print("clock2:%s" % time.clock())
time.sleep(1)
print("clock3:%s" % time.clock())

clock1:1.57895443216e-06
clock2:1.00064381867
clock3:2.00158724394

import time
print(time.timezone)
print(time.tzname)
print(time.tzname[0].decode("GBK"))
print(time.tzname[1].decode("GBK"))

-28800
('\xd6\xd0\xb9\xfa\xb1\xea\xd7\xbc\xca\xb1\xbc\xe4', '\xd6\xd0\xb9\xfa\xcf\xc4\xc1\xee\xca\xb1')
中国标准时间
中国夏令时

from datetime import date
import time
print('date.max:', date.max)
print('date.min:', date.min)
print('date.resolution:', date.resolution)
print('date.today():', date.today())
print('date.fromtimestamp():', date.fromtimestamp(time.time()))

date.max: 9999-12-31
date.min: 0001-01-01
date.resolution: 1 day, 0:00:00
date.today(): 2016-09-12
date.fromtimestamp(): 2016-09-12

from datetime import date
today = date.today()
print('today:', today)
print('.year:', today.year)
print('.month:', today.month)
print('.replace():', today.replace(year=2017) )
print('.weekday():', today.weekday())
print('.isoweekday():', today.isoweekday())
print('.isocalendar():', today.isocalendar())
print('.isoformat():', today.isoformat())
print('.strftime():', today.strftime('%Y-%m-%d') )
print('.toordinal():', today.toordinal())

today: 2016-09-12
.year: 2016
.month: 9
.replace(): 2017-09-12
.weekday(): 0
.isoweekday(): 1
.isocalendar(): (2016, 37, 1)
.isoformat(): 2016-09-12
.strftime(): 2016-09-12
.toordinal(): 736219

from datetime import datetime
import time
print('datetime.max:', datetime.max)
print('datetime.min:', datetime.min)
print('datetime.resolution:', datetime.resolution)
print('today():', datetime.today())
print('now():', datetime.now())
print('utcnow():', datetime.utcnow())
print('fromtimestamp(tmstmp):', datetime.fromtimestamp(time.time()))
print('utcfromtimestamp(tmstmp):', datetime.utcfromtimestamp(time.time()))

datetime.max: 9999-12-31 23:59:59.999999
datetime.min: 0001-01-01 00:00:00
datetime.resolution: 0:00:00.000001
today(): 2016-09-12 19:57:00.761000
now(): 2016-09-12 19:57:00.761000
utcnow(): 2016-09-12 11:57:00.761000
fromtimestamp(tmstmp): 2016-09-12 19:57:00.761000
utcfromtimestamp(tmstmp): 2016-09-12 11:57:00.761000

要知道时区之间的转换关系，其实这很简单：把当地时间减去当地时区，剩下的就是格林威治时间了。例如北京时间的18:00就是18:00+08:00，相减以后就是10:00+00:00，因此就是格林威治时间的10:00。

Python的datetime可以处理2种类型的时间，分别为offset-naive和offset-aware。前者是指没有包含时区信息的时间，后者是指包含时区信息的时间，只有同类型的时间才能进行减法运算和比较。

datetime模块的函数在默认情况下都只生成offset-naive类型的datetime对象，例如now()、utcnow()、fromtimestamp()、utcfromtimestamp()和strftime()。其中now()和fromtimestamp()可以接受一个tzinfo对象来生成offset-aware类型的datetime对象，但是标准库并不提供任何已实现的tzinfo类，只能自己实现。

下面就是实现格林威治时间和北京时间的tzinfo类的例子：

ZERO_TIME_DELTA = timedelta(0)
LOCAL_TIME_DELTA = timedelta(hours=8) # 本地时区偏差
class UTC(tzinfo):
    def utcoffset(self, dt):
        return ZERO_TIME_DELTA
    def dst(self, dt):
        return ZERO_TIME_DELTA
class LocalTimezone(tzinfo):
    def utcoffset(self, dt):
        return LOCAL_TIME_DELTA
    def dst(self, dt):
        return ZERO_TIME_DELTA
    def tzname(self, dt):
        return '+08:00'

一个tzinfo类需要实现utcoffset、dst和tzname这3个方法。其中utcoffset需要返回夏时令的时差调整；tzname需要返回时区名，如果你不需要用到的话，也可以不实现。

一旦生成了一个offset-aware类型的datetime对象，我们就能调用它的astimezone()方法，生成其他时区的时间（会根据时差来计算）。而如果拿到的是offset-naive类型的datetime对象，也是可以调用它的replace()方法来替换tzinfo的，只不过这种替换不会根据时差来调整其他时间属性。因此，如果拿到一个格林威治时间的offset-naive类型的datetime对象，直接调用replace(tzinfo=UTC())即可转换成offset-aware类型，然后再调用astimezone()生成其他时区的datetime对象。

看上去一切都很简单，但不知道你还是否记得上文所述的夏时令。提起夏时令这个玩意，真是让我头疼，因为它没有规则可循：有的国家实行夏时令，有的国家不实行，有的国家只在部分地区实行夏时令，有的地区只在某些年实行夏时令，每个地区实行夏时令的起止时间都不一定相同，而且有的地方TMD还不是用几月几日来指定夏时令的起止时间的，而是用某月的第几个星期几这种形式。

pytz模块，使用Olson TZ Database解决了跨平台的时区计算一致性问题，解决了夏令时带来的计算问题。由于国家和地区可以自己选择时区以及是否使用夏令时，所以pytz模块在有需要的情况下得更新自己的时区以及夏令时相关的信息。

pytz提供了全部的timezone信息，如：

import pytz
print(len(pytz.all_timezones))
print(len(pytz.common_timezones))

运行结果：

588
436

如果需要获取某个国家的时区，可以使用如下方式：

import pytz
print(pytz.country_timezones('cn'))

执行结果：

[u'Asia/Shanghai', u'Asia/Urumqi']

中国一个有两个时区，一个为上海，一个为乌鲁木齐，我们来看下我们有什么区别：

from datetime import datetime
import pytz
print(pytz.country_timezones('cn'))
tz1 = pytz.timezone(pytz.country_timezones('cn')[0])
print(tz1)
print(datetime.now(tz1))
tz2 = pytz.timezone(pytz.country_timezones('cn')[1])
print(tz2)
print(datetime.now(tz2))

执行结果：

[u'Asia/Shanghai', u'Asia/Urumqi']
Asia/Shanghai
2016-09-14 09:55:39.384000+08:00
Asia/Urumqi
2016-09-14 07:55:39.385000+06:00

可以看到上海是东八区，而乌鲁木齐是东六区。

时区转换

操作起来有而比较简单，本地时区与UTC的互转：

from datetime import datetime
import pytz
now = datetime.now()
tz = pytz.timezone('Asia/Shanghai')
print(tz.localize(now))
print(pytz.utc.normalize(tz.localize(now)))

执行结果：

2016-09-14 10:25:44.633000+08:00
2016-09-14 02:25:44.633000+00:00

使用astimezone()可以进行时区与时区之间的转换。

from datetime import datetime
import pytz
utc = pytz.utc
beijing_time = pytz.timezone('Asia/Shanghai')
japan_time = pytz.timezone('Asia/Tokyo')
now = datetime.now(beijing_time)
print("Beijing Time:",now)
print("UTC:",now.astimezone(utc))
print("JAPAN TIME:",now.astimezone(japan_time))

执行结果：

Beijing Time: 2016-09-14 10:19:22.671000+08:00
UTC: 2016-09-14 02:19:22.671000+00:00
JAPAN TIME: 2016-09-14 11:19:22.671000+09:00

另外可以采用 replace来修改时区，时区多出6分钟（不要使用）。具体原因为：

民國17年（1928年），國民政府統一中國，原中央觀象台的業務由南京政府中央研究院的天文研究所和氣象研究所分別接收。天文研究所編寫的曆書基本上沿襲中央觀象台的做法，仍將全國劃分為5個標準時區，只是在有關交氣、合朔、太陽出沒時刻等處，不再使用北平的地方平時，而改以南京所在的標準時區的區時即東經120°標準時替代。從北平地方平時改為東經120°標準時，兩者相差了352秒。

from datetime import datetime
import pytz
now = datetime.now()
print(now)
tz = pytz.timezone('Asia/Shanghai')
print(now.replace(tzinfo=tz))

执行结果：

2016-09-14 10:29:20.200000
2016-09-14 10:29:20.200000+08:06

夏令时处理

由于用到的场景比较少，不做细化学习。

dateutil模块

安装模块：pip install Python-dateutil

parser.parse()

解析时间到datetime格式，支持大部分时间字符串。没指定时间默认是0点，没指定日期默认是今天，没指定年份默认是今年。

from dateutil import parser
print(parser.parse("8th March,2004"))
print(parser.parse("8 March,2004"))
print(parser.parse("March 8th,2004"))
print(parser.parse("March 8,2004"))
print(parser.parse("2016-09-14"))
print(parser.parse("20160914"))
print(parser.parse("2016/09/14"))
print(parser.parse("09/14/2016"))
print(parser.parse("09,14"))
print(parser.parse("12:00:00"))
print(parser.parse("Wed, Nov 12"))

执行结果：

2004-03-08 00:00:00
2004-03-08 00:00:00
2004-03-08 00:00:00
2004-03-08 00:00:00
2016-09-14 00:00:00
2016-09-14 00:00:00
2016-09-14 00:00:00
2016-09-14 00:00:00
2016-09-09 00:00:00
2016-09-14 12:00:00
2016-11-12 00:00:00

rrule.rrule()

函数主要功能：按照规则生成日期和时间。函数原型如下。

rrule(self, freq, dtstart=None, interval=1, wkst=None, count=None, until=None, bysetpos=None, bymonth=None, bymonthday=None, byyearday=None, byeaster=None, byweekno=None, byweekday=None, byhour=None, byminute=None, bysecond=None, cache=False)

其中：

• freq:可以理解为单位。可以是 YEARLY, MONTHLY, WEEKLY, DAILY, HOURLY, MINUTELY, SECONDLY。即年月日周时分秒。

• dtstart,until:是开始和结束时间。

• wkst:周开始时间。

• interval:间隔。

• count:指定生成多少个。

• byxxx:指定匹配的周期。比如byweekday=(MO,TU)则只有周一周二的匹配。byweekday可以指定MO,TU,WE,TH,FR,SA,SU。即周一到周日。

更多参考：http://dateutil.readthedocs.io/en/stable/index.html

Arrow

Arrow 提供了一个友好而且非常易懂的方法，用于创建时间、计算时间、格式化时间，还可以对时间做转化、提取、兼容 python datetime 类型。它包括dateutil模块，根据其文档描述Arrow旨在“帮助你使用更少的代码来处理日期和时间”。

UTC 时间

使用utcnow()功能创建 UTC 时间。

使用to()方法，我们将 UTC 时间转换为本地时间。

import arrow
utc = arrow.utcnow()
print(utc)
print(utc.to('local'))

当地时间

本地时间是特定区域或时区中的时间。

import arrow
now = arrow.now()
print(now)
print(now.to('UTC'))

使用now()功能创建本地时间。to()方法用于将本地时间转换为 UTC 时间。

解析时间

get()方法用于解析时间。

import arrow
d1 = arrow.get('2012-06-05 16:20:03', 'YYYY-MM-DD HH:mm:ss')
print(d1)
d2 = arrow.get(1504384602)
print(d2)

该示例从日期和时间字符串以及时间戳解析时间。

Unix 时间戳

import arrow
utc = arrow.utcnow()
print(utc)
unix_time = utc.timestamp
print(unix_time)
date = arrow.Arrow.fromtimestamp(unix_time)
print(date)

该示例显示本地时间和 Unix 时间。然后，它将 Unix 时间转换回 date 对象。

使用fromtimestamp()方法，我们将 Unix 时间转换回 Arrow 日期对象。

也可以将日期格式化为 Unix 时间。

import arrow
utc = arrow.utcnow()
print(utc.format('X'))

通过将’X’说明符传递给format()方法，我们将当前本地日期打印为 Unix 时间。

格式化日期和时间

日期和时间可以用format()方法格式化。

import arrow
now = arrow.now()
year = now.format('YYYY')
print("Year: {0}".format(year))
date = now.format('YYYY-MM-DD')
print("Date: {0}".format(date))
date_time = now.format('YYYY-MM-DD HH:mm:ss')
print("Date and time: {0}".format(date_time))
date_time_zone = now.format('YYYY-MM-DD HH:mm:ss ZZ')
print("Date and time and zone: {0}".format(date_time_zone))

格式说明：

转换为区域时间

import arrow
utc = arrow.utcnow()
print(utc.to('US/Pacific').format('HH:mm:ss'))
print(utc.to('Europe/Bratislava').format('HH:mm:ss'))
print(utc.to('Europe/Moscow').format('HH:mm:ss'))

工作日

可以使用weekday()或format()方法找到日期的工作日。

import arrow
d1 = arrow.get('1948-12-13')
print(d1.weekday())
print(d1.format('dddd'))

移动时间

shift()方法用于移动时间。

import arrow
now = arrow.now()
print(now.shift(hours=5).time())
print(now.shift(days=5).date())
print(now.shift(years=-8).date())

夏令时

import arrow
now = arrow.now()
print(now.format("YYYY-MM-DD HH:mm:ss ZZ"))
print(now.dst())

该示例使用dst()显示夏令时。

人性化的日期和时间

在社交网站上，我们经常可以看到诸如“一个小时前”或“ 5 分钟前”之类的术语，这些术语可以为人们提供有关帖子创建或修改时间的快速信息。Arrow 包含humanize()方法来创建此类术语。

import arrow
now = arrow.now()
d1 = now.shift(minutes=-15).humanize()
print(d1)
d2 = now.shift(hours=5).humanize()
print(d2)

ISO 8601类

国际标准ISO 8601，是国际标准化组织的日期和时间的表示方法，全称为《数据存储和交换形式·信息交换·日期和时间的表示方法》，在API接口开发中涉及的比较多。

>>> import dateutil.parser
>>> dateutil.parser.parse('2008-09-03T20:56:35.450686Z') # RFC 3339 format
datetime.datetime(2008, 9, 3, 20, 56, 35, 450686, tzinfo=tzutc())
>>> dateutil.parser.parse('2008-09-03T20:56:35.450686') # ISO 8601 extended format
datetime.datetime(2008, 9, 3, 20, 56, 35, 450686)
>>> dateutil.parser.parse('20080903T205635.450686') # ISO 8601 basic format
datetime.datetime(2008, 9, 3, 20, 56, 35, 450686)
>>> dateutil.parser.parse('20080903') # ISO 8601 basic format, date only
datetime.datetime(2008, 9, 3, 0, 0)

或者使用如下方式解析：

>>> datetime.datetime.strptime("2008-09-03T20:56:35.450686Z", "%Y-%m-%dT%H:%M:%S.%fZ")

另外还可以使用iso8601模块：http://pyiso8601.readthedocs.io/en/latest/

其他日期与时间工具：

• 公历转农历：https://pypi.python.org/pypi/LunarSolarConverter/

• 口语化日期：https://github.com/scrapinghub/dateparser

• Moment：https://github.com/zachwill/moment

• Delorean：https://github.com/myusuf3/delorean

• When：https://whenpy.readthedocs.io/en/latest/

• Pendulum：https://pendulum.eustace.io/

• 时间机器：https://github.com/spulec/freezegun

• 工作日历：https://github.com/peopledoc/workalendar

• 中国法定节假日：https://github.com/NateScarlet/holiday-cn

来源 : 钱魏Way