Структуры и функции времени

Кафедра: Автоматика и Информационные Технологии

























Структуры и функции времени


Дается обзор и описание встроенных структур данных, связанных с датами и временем. Дается описание основных функций времени. Приводятся практические задания для лучшего усвоения материала, а также указания по подготовке и выполнению лабораторных заданий.


СОДЕРЖАНИЕ



1.	Структуры и функции времени

1.1.	Системное время в секундах

1.2.	Структуры времени

1.3.	Преобразование времени из секунд в строку со временем

1.4.	Одновременная работа с датой и временем

1.5.	Представление текущего времени в строку

1.6.	Работа с тиками

1.7.	Изменение даты и времени модификации файла

1.8.	Работа с системными часами

1.9.	Получение/установка системной даты

1.10.	Получение/установка системного времени

1.11.	Установка системной даты и времени по секундам

1.12.	Функции задержки

1.13.	Схема взаимодействия функций времени

1.14.	Пример. В какой день недели вы родились?

2.	Контрольные вопросы и задания.

3.	Лабораторные задания

3.1.	День недели

3.2.	Не думай о секундах свысока …

3.3.	Профилирование кода

4.	Дополнительные задания

Библиографический список


1. Структуры и функции времени



Системное время в секундах



Предположим, что мы задались целью выяснить наше географическое местоположение с помощью оказавшегося под рукой персонального компьютера. Разумеется, мы не сможем узнать точных координат, но определить, в пределах какого часового пояса находится компьютер, довольно легко. Для этого достаточно знать разницу между нашим поясным временем и Гринвичским средним временем. Стандартная библиотека Си располагает функцией time(), которая сообщает, сколько секунд прошло с того момента, когда на Гринвичском меридиане было 00:00:00 1 января 1970 года (этот момент - некий аналог Рождества Христова - для ясности называется "эпохой"). 

#include <time.h> 

long time(long *timeptr);

Указанное число секунд записывается также по адресу переменной timeptr (если timeptr = NULL, эта запись не производится). Обычный год содержит 31 536000 секунд, плюс 86400 секунд (один день) для високосного года, час содержит 3600 секунд. Не составит труда написать программу, вычисляющую все необходимые остатки от деления и добавляющую к ним разницу по сравнению с Гринвичем. Каков же будет ее результат? Ошибка в определении поясного времени будет, вероятно, примерно соответствовать земному полушарию. Наш компьютер "считает", что он находится в Редмонде, штат Вашингтон, США. 

Причина этого несоответствия – MS DOS, так как в Редмонде находится фирма Microsoft, создавшая эту операционную систему. Среди зарезервированных имен переменных окружения, которые можно задать командой SET, фигурирует переменная с коротким именем TZ (Time: Zone), по значению которой функция tiтe() и устанавливает разницу во времени с GMT (Greenwich mean time). Если TZ не задана, ей присваивается значение PST8PDT (Pacific time zone), которое и приводит к ошибке. 

Поясним характер и порядок ее использования. Установка переменной TZ определяет значения глобальных переменных daylight, timezoпe и tzname, которые используются несколькими функциями, работающими со временем и датой.: 

#include <time.h>

int daylight; 	/* флаг летнего времени */

long timezone; 	/* отличие в секундах от GMT */

char *tzname[2] 	/* обозначение зоны времени */

Значение переменной окружения TZ представляет собой трехбуквенное обозначение зоны времени, за которым может следовать число со знаком, определяющим разницу между Гринвичским и локальным временем. Число это должно быть положительно к востоку от Гринвича и отрицательно - к западу. Кроме того, за данным числом может находиться обозначение зоны летнего времени DST (daylight-saving-time). Например, следующая команда 

SEТ ТZ=EST5EDT

определяет, что зона местного времени - EST (Eastern Standard Time, или Восточно-Европейское время), и это местное время на 5 часов отстает от гринвичского; а EDT - название зоны, используемое в тот период, когда действует летнее время. Пропуск зоны DST означает, что летнее время не действует никогда: 

SET ТZ=EST5 

Переменная daylight принимает ненулевое значение, если зона DST присутствует в установке TZ, в противном случае daylight становится равной О. Переменной tiтezoпe присваивается разница в секундах (вычисленная преобразованием часов в TZ) между временем по Гринвичу и местным временем. Первым элементом массива tzпaтe является строка, состоящая из трех букв зоны времени из TZ, вторым элементом является строка, определяющая зону DST. Если зона DST пропущена при установке TZ, то значением tzпame[1] будет пустая строка. 



Структуры времени



struct time{

	unsigned char ti_min, ti_hour, ti_hund, ti_sec;

};

struct date{

	int da_year;

unsigned char da_day, da_mon;	/*январь - 1*/

};

struct tm{

	int tm_sec, tm_min, tm_hour, tm_day,

		tm_mon,		/* январь - 0*/

		tm_year,		/* количество лет после 1900 года*/

		tm_wday,		/* воскресенье – 0, суббота - 6*/

		tm_yday.		/* 1 января - 0*/

		tm_isdst;		/* флаг наличия летнего времени*/

};

typedef long time_t

Рассмотрим остальные функции стандартной библиотеки, связанные с исчислением и преобразованием времени. 



Преобразование времени из секунд в строку со временем



Так как представление периода времени в секундах не совсем привычно и не всегда удобно для человека, функция сtimе() преобразует величину типа loпg в текстовую строку.

char *ctime(long *time); 

Возвращает строку из 26 символов. Параметр time аналогичен параметру timeptr в функции time.

Посмотрим, сказывается ли на работе этой функции значение переменной TZ: 

#include <time.h> 

#include <stdio.h> 

void main() 

{ 

 long period;

 time(&period); 

printf("С 01/01/1970 прошло %ld секунд\n",period); 

printf("Текущая дата и время: %s \n",ctime(&period));

} 

Итак, все в порядке - дата и время выводятся правильно. Единственным недостатком работы всей группы функций времени является отсутствие ;'обратной силы" - любой день до 1 января 1970 года считается днем 1 января 1970 года. 



Одновременная работа с датой и временем



Текущее время можно получить и более замысловатым путем. Довольно обыденным является представление времени в виде нескольких компонент - номера месяца, дня месяца и недели и так далее. Для такого представления существует специальная подробная структура - tm, описанная в том же hеаdеr-файле <time.h>.

Две функции 

struct tm *gmtime(long *timeptr); 

struct tm *localtime(long *timeptr);

заполняют эту структуру. Первая из них делает это для Гринвичского меридиана, а вторая, как следует из названия, для местного часового пояса. 

Функция 

long mktime(struct tm *timeptr);

производит обратное действие - преобразует структуру tm в количество секунд после эпохи до момента, записанного в структуре. Одновременно она устанавливает день недели. При неправильной дате или времени возвращает -1. Для некоторых неправильных дат mktime пытается подправить эту дату в самой структуре tm и не возвращает признак ошибки -1.

Функция 

char *asctime(struct tm *timeptr); 

преобразует структуру tm в строку, эквивалентную возвращаемой функцией ctime(). 



Представление текущего времени в строку



Удобному представлению времени служит еще одна функция _strtime()

char *_strtime(char *time);

Функция _strtime() копирует текущее время в буфер, на который указывает аргумент tiтe, по формату "hh:mm:ss", где hh - две цифры, представляющие час в 24-часовой записи, mm - две цифры, представляющие минуты, а ss - две цифры, соответствующие секундам. Буфер должен быть выделен заранее и его длина должна составлять, по крайней мере, девять байт. 



Работа с тиками



Функция clock() сообщает вызывающей программе процессорное время, затраченное с момента начала исполнения этой программы. 

clock_t clock(void);

Функция может быть использована для определения временного интервала между двумя событиями. Для перевода количества тиков в секунды необходимо воспользоваться делителем CLK_TCK.



Изменение даты и времени модификации файла



Функция utime( ) изменяет дату и время модификации файла. 

int utime(char *pathname, struct utimebuf *timeptr);

Структура utimbuf объявлена в файле <sys\utime.h>

struct utimbuf {

	time_t actime; 	/*время доступа к файлу*/

	time_t modtime;	/*время последней модификации файла*/

}; 

Поскольку файловая система DOS поддерживает только время модификации файла, функция utime поле actime игнорирует.

Если вместо адреса этой структуры функции utiтe() передается NULL, в качестве времени модификации используется текущее системное время. Файл должен иметь разрешение на запись. Код возврата: О при успешном изменении времени модификации файла и -1 при ошибке, определяемой с помощью переменной errno: 

EACCES 	Pathname is directory ог read-only file

EMFILE 	Тоо many ореn files.

ENOENT 	File or path name not found



Работа с системными часами



Вернемся опять к системным часам. Мы не будем вдаваться в подробное рассмотрение устройства таймера, отметим, что он вырабатывает системное прерывание INT 8Н, которое называется "тиком". Тик производится примерно 18,2 раза в секунду, то есть примерно каждые 55 миллисекунд (частота осциллятора системных часов - 1,19318 МГц, деленная на 65536). Пользуясь этим, мы можем производить необходимые машинно-независимые задержки времени, например для генерации звуков. Количество тиков (происшедших с последней полуночи) с помощью прерывания INT 1АН даст нам функция _bios_tiтeofday(). С ее помощью можно также установить новое число тиков. Если с момента последнего чтения или установления тиков миновала полночь, _bios_tiтeofday() возвращает 1, в противном случае - 0. При переходе через полночь необходимо прибавить к имеющимся тикам их количество в полных сутках - 1573040 (или 0x01800B0L).

unsigned _bios_timeofday(unsigntd service, long *timeval);

Переменная timeval указывает на количество тиков. Параметр service равен 0 при получении счетчика тиков и 1 при установлении нового количества тиков.

Текст _blos_tiтeofday() выглядит, вероятно, таким образом: 

unsigned _bios_timeofday(unsigntd service, long *timeval)

{

	union REGS inregs, outregs;

	inregs.h.ah = service;

	if(service)

	{

		inregs.x.cx = *timeval >> 0x10;	/*старший байт*/

		inregs.x.dx = *timeval;		/*младший байт*/

}

int86(0x1A, &inregs, &outregs);

if(!service)

	*timeval = outregs.x.dx + (outregs.x.cx << 0x10);

return outregs.h.al;

}

Отметим, что для перевода тиков в секунды необходим множитель 1l93180L/65536, обратный частоте генерации тиков. Итого в минуте 1092 тиков, а в часе - 65 543.

Получение/установка системной даты



void getdate(struct date *pdate);

void setdate(struct date *pdate);

В обоих случаях структура *pdate должна быть подготовлена заранее.



Получение/установка системного времени



void gettime(struct date *ptime);

void setdate(struct date *ptime);

В обоих случаях структура *ptime должна быть подготовлена заранее.



Установка системной даты и времени по секундам



int stime(time_t *t);

Секунды *t считаются после 01/01/1970, 00:00:00. Функция возвращает 0.



Функции задержки



void delay(unsigned msec);

Задерживает работу исполняемой программы на msec миллисекунд. Функция работает с точностью до миллисекунды. Максимальное время задержки примерно 65

void sleep(unsigned sec);

Задерживает работу исполняемой программы на sec секунд. Максимальное время задержки 65535 сек, около 18 часов. 


Схема взаимодействия функций времени



Поясним на рисунке, как связаны между собой функции времени.





Системная дата,время

Date,		 Time

settime

setdate

gettime

getdate

Время в секундах после 01/01/1970

time

stime

tm

gmtime

mktime

строка

asctime

ctime

Рис. Взаимодействие функций времени



Пример. В какой день недели вы родились?



#include <stdio.h>

#include <time.h>

char *wday[] = {"Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday",

"Thursday", "Friday", "Saturday", "Unknown"};

int main(void)

{

 struct tm time_check;

 int year, month, day;

/* Введите год, месяц и день для определения дня недели*/

 printf("Год: ");

 scanf("%d", &year);

 printf("Месяц: ");

 scanf("%d", &month);

 printf("День: ");

 scanf("%d", &day);

/* Заполнение структуры time_check данными */

 time_check.tm_year = year - 1900;

 time_check.tm_mon = month - 1;

 time_check.tm_mday = day;

 time_check.tm_hour = 0;

 time_check.tm_min = 0;

 time_check.tm_sec = 1;

 time_check.tm_isdst = -1;

/* вызов mktime для заполнения поля weekday структуры time_check с проверкой даты на корректность */

if (mktime(&time_check) == -1 || time_check.year != year || time_check.mon != mon || time_check.day != day)

time_check.tm_wday = 7;

/* Печать дня недели */

 printf("День недели: %s\n", wday[time_check.tm_wday]);

 return 0;

}


Контрольные вопросы и задания



1. Какую максимальную дату можно установить в качестве системного времени в DOS?

2. Как измерить приближенное время выполнения цикла

for(int i=0; i<100; i++)

;

3. Как определить количество дней между двумя датами?

4. Как определить количество секунд которые прожил человек до настоящего времени.

5. Напишите функцию

char * asctimerus(struct tm *timeptr);

которая по структуре *timeptr возвращает строку с датой и временем на русском языке в формате “17 августа 2007 14:47:12” 


Лабораторные задания



День недели



Написать функцию, которая получает дату из стандартного диапазона, и возвращает номер дня недели этой даты. Организовать проверку корректности введенной даты.



Не думай о секундах свысока …



Написать программу, в которой вводится дата рождения студента из стандартного диапазона, и на экран выводится количество прожитых этим студентом секунд. Информация должна выводиться в графическом режиме и обновляться ежесекундно. Организовать проверку корректности введенной даты.



Профилирование кода



Определить время выполнения цикла, в котором производится вычисление суммы целых чисел от 1 до 1000.


Дополнительные задания



		Определите день недели произвольной даты в пределах от -32 000 – го до нашей эры до 32 000 – го года нашей эры. Использовать правило «4-100-400» определения високосного года.

		Программа выводит системную дату и системное время. В случае некорректных данных системная информация изменяется.

		Нарисуйте циферблат с тремя стрелками, который показывает текущее системное время.

		Напишите функцию, которая возвращает строку с русским обозначением даты. Например «5 августа 2006г., пнд».


Библиографический список



Керниган Б., Ритчи Д., Фьюэр А. Язык программирования Си: Задачи по языку Си. М.: Финансы и статистика, 1985. – 192с.

Керниган Б., Ритчи Д. Язык программирования Си. М.:Финансы и статистика, 1992. - 272с.

Подбельский В. В., Фомин С. С. Программирование на языке Си. Учеб.пособие. М.: Финансы и статистика, 2004. 600 с.