Python时间日期格式化之time与datetime模块总结
1 引言
在实际开发过程中，我们经常会用到日期或者时间，那么在Python中我们怎么获取时间，以及如何将时间转换为我们需要的格式呢？在之前的开发中，也曾遇到time、datetime等模块下的不同函数，这些函数名又很是相似，几次下来头都昏了，今天来彻底总结梳理一下Python中日期时间获取与格式化。
2 理论准备
首先必须做一点理论准备，不然待会都不知道为什么会有这些函数。介绍3个概念：
UTC time Coordinated Universal Time，世界协调时，又称格林尼治天文时间、世界标准时间。与UTC time对应的是各个时区的local time，也就是本地时间，例如我们的北京时间。
epoch time表示时间开始的起点；它是一个特定的时间，不同平台上这个时间点的值不太相同，对于Unix而言，epoch time为 1970-01-01 00:00:00 UTC。
timestamp（时间戳） 也称为Unix时间 或 POSIX时间；它是一种时间表示方式，表示从格林尼治时间1970年1月1日0时0分0秒开始到现在所经过的毫秒数，其值为float类型。 但是有些编程语言的相关方法返回的是秒数，例如我们的天下第一编程语言-Python大法就是这样（请不要反驳我）。所谓的时间戳timestamp就是当前时间与格林尼治时间1970年1月1日0时0分0秒之间过了多少秒。
相应的，日期时间就有三种表示方法：
1）stamptime时间戳，时间戳表示的是从1970年1月1日00:00:00开始按秒计算的偏移量。stamptime表现为一个float类型数据。
2）struct_time时间元组，共有九个元素组。stamptime时间戳和格式化时间字符串之间的转化必须通过struct_time才行，所以struct_time时间元组时3中时间表示的中心。
3）format time 格式化时间，已格式化的结构字符串使时间更具可读性。包括自定义格式和固定格式。
那么，下面要说的就是怎么获取这三个时间，并进行这三个时间之间的转化。先总结一下time模块。
3 time模块
先放两个图：
time模块中，几乎所有时间获取与格式转化的函数都在上图中了，只要理清了这幅图的关系，那么time模块就不再是问题。图中，蓝色方块表示那三种时间格式，箭头表示时间的转化。下面，重点来了：
1）获取当前时间的方法只有一个，那就是通过上图中的函数1——time.time()。也就是说，要想获取当前时间，只能通过这个方法，而且获取的是时间戳格式的时间。想直接获取当前时间的时间元组格式或格式化字符串？没门，只能老老实实转化。
2）当传入默认参数时，指的是使用当前时间作为参数值。图中带黄色底纹的都是设有默认值的参数（虽然默认值为None），函数2、3不传入该参数时，系统会自动获取当前时间的时间戳作为该参数值。而函数5则是系统会自动获取当前时间的时间元组作为该参数值，不是不能直接获取当前时间的时间元组吗？是的，但系统会先获取当前时间的时间戳，然后转化为时间元组。上图中只有向左的箭头所代表的函数才有默认值，就是因为向右才能由时间戳转化得到需要的时间格式。
3） localtime（函数2）和gmtime（函数3）都可以实现将时间戳转化为时间元组，但是，localtime转化的是本地时间，gmtime转为的是世界标准时间。
4）asctime（函数7）和ctime（函数8）只能转为为%a %b %d %H:%M:%S %Y格式的字符串时间。不传入参数时，用的也是当前时间。
5）struct_time元组元素结构：
下标/索引 | 属性名称 | 描述 |
0 | tm_year | 年份，如 2018 |
1 | tm_mon | 月份，取值范围为[1, 12] |
2 | tm_mday | 一个月中的第几天，取值范围为[1-31] |
3 | tm_hour | 小时， 取值范围为[0-23] |
4 | tm_min | 分钟，取值范围为[0, 59] |
5 | tm_sec | 秒，取值范围为[0, 61] |
6 | tm_wday | 一个星期中的第几天，取值范围为[0-6]，0表示星期一 |
7 | tm_yday | 一年中的第几天，取值范围为[1, 366] |
8 | tm_isdst | 是否为夏令时，可取值为：0 , 1 或 -1，默认值为-1 |
struct_time属性值的获取方式有两种：
- 可以把它当做一种特殊的有序不可变序列通过 下标/索引 获取各个元素的值，如t[0]
- 也可以通过对象名 “t.属性名” 的方式来获取各个元素的值，如t.tm_year。
6）format time结构化表示：
格式 | 含义 |
%a | 本地（locale）简化星期名称 |
%A | 本地完整星期名称 |
%b | 本地简化月份名称 |
%B | 本地完整月份名称 |
%c | 本地相应的日期和时间表示 |
%d | 一个月中的第几天（01 - 31） |
%H | 一天中的第几个小时（24小时制，00 - 23） |
%I | 第几个小时（12小时制，01 - 12） |
%j | 一年中的第几天（001 - 366） |
%m | 月份（01 - 12） |
%M | 分钟数（00 - 59） |
%p | 本地am或者pm的相应符 |
%S | 秒（01 - 61） |
%U | 一年中的星期数。（00 - 53星期天是一个星期的开始。）第一个星期天之前的所有天数都放在第0周。 |
%w | 一个星期中的第几天（0 - 6，0是星期天） |
%W | 和%U基本相同，不同的是%W以星期一为一个星期的开始。 |
%x | 本地相应日期 |
%X | 本地相应时间 |
%y | 去掉世纪的年份（00 - 99） |
%Y | 完整的年份 |
%Z | 时区的名字（如果不存在为空字符） |
%% | ‘%’字符 |
在代码中实践一下上面的内容：
1）time.time()
>>> import time
>>> time.time()
1545216390.84174
2）time.localtime()
>>> time.localtime() # 不传入参数
time.struct_time(tm_year=2018, tm_mon=12, tm_mday=19, tm_hour=18, tm_min=47, tm_sec=30, tm_wday=2, tm_yday=353, tm_isdst=0)
>>> time.localtime(time.time()) # 传入当前时间
time.struct_time(tm_year=2018, tm_mon=12, tm_mday=19, tm_hour=18, tm_min=47, tm_sec=39, tm_wday=2, tm_yday=353, tm_isdst=0)
>>> time.localtime(1544200000.1232) # 传入其他时间戳
time.struct_time(tm_year=2018, tm_mon=12, tm_mday=8, tm_hour=0, tm_min=26, tm_sec=40, tm_wday=5, tm_yday=342, tm_isdst=0)
time.struct_time(tm_year=2018, tm_mon=12, tm_mday=19, tm_hour=10, tm_min=53, tm_sec=10, tm_wday=2, tm_yday=353, tm_isdst=0)
4）time.mktime()
>>> time.mktime(time.localtime())
1545216822.0
5）strftime(format, p_tuple=None)
>>> time.strftime('%y-%m-%d' , time.localtime())
'18-12-19'
>>> time.strftime('%Y-%m-%d' , time.localtime())
'2018-12-19'
>>> time.strftime('%Y年%m月%d日 %M时%I分%S秒' , time.localtime())
'2018年12月19日 54时06分20秒'
time.struct_time(tm_year=2018, tm_mon=12, tm_mday=8, tm_hour=10, tm_min=34, tm_sec=4, tm_wday=5, tm_yday=342, tm_isdst=-1)
>>> time.strptime('2018年12月19日 54时06分20秒' , '%Y年%m月%d日 %M时%I分%S秒')
time.struct_time(tm_year=2018, tm_mon=12, tm_mday=19, tm_hour=6, tm_min=54, tm_sec=20, tm_wday=2, tm_yday=353, tm_isdst=-1)
7）asctime(p_tuple=None)
>>> time.asctime() # 不传入参数，默认是当前时间
'Wed Dec 19 18:59:22 2018'
>>> time.asctime(time.localtime(1544278402.1804464))
'Sat Dec 8 22:13:22 2018'
8）ctime(seconds=None)
>>> time.ctime() # 不传入参数
'Wed Dec 19 19:00:05 2018'
>>> time.ctime(1544278402.1804464)
'Sat Dec 8 22:13:22 2018'
4 datetime模块
datetime模块是time模块的进一步封装，对用户更加友好，在时间各属性的获取上回更加方便一些，当然，在效率上会略微低一些。datetime模块的功能主要都几种在datetime、date、time、timedelta、tzinfo五个类中。这五个类功能如下表所示：
类名 | 功能 |
date | 提供日期（年、月、日）的处理 |
time | 提供时间（时、分、秒）的处理 |
datetime | 同时提供对日期和时间的处理 |
timedelta | 两个date、time、datetime实例之间的时间间隔（时间加减运算） |
tzinfo | 时区信息 |
4.1 date类
先来说说date类，其定义如下：
class datetime.date(year, month, day)
year, month 和 day都是是必须参数，各参数的取值范围为：
参数名称 | 取值范围 |
year | [MINYEAR, MAXYEAR] |
month | [1, 12] |
day | [1, 指定年份的月份中的天数] |
类方法和属性
类方法/属性名称 | 描述 |
date.max | date对象所能表示的最大日期：9999-12-31 |
date.min | date对象所能表示的最小日志：00001-01-01 |
date.resoluation | date对象表示的日期的最小单位：天 |
date.today() | 返回一个表示当前本地日期的date对象 |
date.fromtimestamp(timestamp) | 根据跟定的时间戳，返回一个date对象 |
对象方法和属性
对象方法/属性名称 | 描述 |
d.year | 年 |
d.month | 月 |
d.day | 日 |
d.replace(year[, month[, day]]) | 生成并返回一个新的日期对象，原日期对象不变 |
d.timetuple() | 返回日期对应的time.struct_time对象 |
d.toordinal() | 返回日期是是自 0001-01-01 开始的第多少天 |
d.weekday() | 返回日期是星期几，[0, 6]，0表示星期一 |
d.isoweekday() | 返回日期是星期几，[1, 7], 1表示星期一 |
d.isocalendar() | 返回一个元组，格式为：(year, weekday, isoweekday) |
d.isoformat() | 返回‘YYYY-MM-DD’格式的日期字符串 |
d.strftime(format) | 返回指定格式的日期字符串，与time模块的strftime(format, struct_time)功能相同 |
4.2 time类
定义格式：
class datetime.time(hour, [minute[, second, [microsecond[, tzinfo]]]])
hour为必须参数，其他为可选参数。各参数的取值范围为：
参数名称 | 取值范围 |
hour | [0, 23] |
minute | [0, 59] |
second | [0, 59] |
microsecond | [0, 1000000] |
tzinfo | tzinfo的子类对象，如timezone类的实例 |
类方法和属性
类方法/属性名称 | 描述 |
time.max | time类所能表示的最大时间：time(23, 59, 59, 999999) |
time.min | time类所能表示的最小时间：time(0, 0, 0, 0) |
time.resolution | 时间的最小单位，即两个不同时间的最小差值：1微秒 |
对象方法和属性
对象方法/属性名称 | 描述 |
t.hour | 时 |
t.minute | 分 |
t.second | 秒 |
t.microsecond | 微秒 |
t.tzinfo | 返回传递给time构造方法的tzinfo对象，如果该参数未给出，则返回None |
t.replace(hour[, minute[, second[, microsecond[, tzinfo]]]]) | 生成并返回一个新的时间对象，原时间对象不变 |
t.isoformat() | 返回一个‘HH:MM:SS.%f’格式的时间字符串 |
t.strftime() | 返回指定格式的时间字符串，与time模块的strftime(format, struct_time)功能相同 |
4.3 datetime类
datetime类的定义如下：
class datetime.datetime(year, month, day, hour=0, minute=0, second=0, microsecond=0, tzinfo=None)
year, month 和 day是必须要传递的参数， tzinfo可以是None或tzinfo子类的实例。
各参数的取值范围为：
参数名称 | 取值范围 |
year | [MINYEAR, MAXYEAR] |
month | [1, 12] |
day | [1, 指定年份的月份中的天数] |
hour | [0, 23] |
minute | [0, 59] |
second | [0, 59] |
microsecond | [0, 1000000] |
tzinfo | tzinfo的子类对象，如timezone类的实例 |
如果一个参数超出了这些范围，会引起ValueError异常。
类方法和属性:
类方法/属性名称 | 描述 |
datetime.today() | 返回一个表示当前本期日期时间的datetime对象 |
datetime.now([tz]) | 返回指定时区日期时间的datetime对象，如果不指定tz参数则结果同上 |
datetime.utcnow() | 返回当前utc日期时间的datetime对象 |
datetime.fromtimestamp(timestamp[, tz]) | 根据指定的时间戳创建一个datetime对象 |
datetime.utcfromtimestamp(timestamp) | 根据指定的时间戳创建一个datetime对象 |
datetime.combine(date, time) | 把指定的date和time对象整合成一个datetime对象 |
datetime.strptime(date_str, format) | 将时间字符串转换为datetime对象 |
对象方法和属性:
对象方法/属性名称 | 描述 |
dt.year, dt.month, dt.day | 年、月、日 |
dt.hour, dt.minute, dt.second | 时、分、秒 |
dt.microsecond, dt.tzinfo | 微秒、时区信息 |
dt.date() | 获取datetime对象对应的date对象 |
dt.time() | 获取datetime对象对应的time对象， tzinfo 为None |
dt.timetz() | 获取datetime对象对应的time对象，tzinfo与datetime对象的tzinfo相同 |
dt.replace([year[, month[, day[, hour[, minute[, second[, microsecond[, tzinfo]]]]]]]]) | 生成并返回一个新的datetime对象，如果所有参数都没有指定，则返回一个与原datetime对象相同的对象 |
dt.timetuple() | 返回datetime对象对应的tuple（不包括tzinfo） |
dt.utctimetuple() | 返回datetime对象对应的utc时间的tuple（不包括tzinfo） |
dt.toordinal() | 同date对象 |
dt.weekday() | 同date对象 |
dt.isocalendar() | 同date独享 |
dt.isoformat([sep]) | 返回一个‘%Y-%m-%d |
dt.ctime() | 等价于time模块的time.ctime(time.mktime(d.timetuple())) |
dt.strftime(format) | 返回指定格式的时间字符串 |
上面是date、time、datetime三个类的方法和属性，关于这三个类，使用方法上基本与time模块差不多，看方法名基本就一目了然，实在忘记，直接查表就好，本文不在过多介绍。
4.4 timedelta类
timedelta可以方便实现日期（date实例、time实例、datetime实例）之间的加减运算。
datetime.timedelta类的定义
class datetime.timedelta(days=0, seconds=0, microseconds=0, milliseconds=0, hours=0, weeks=0)
所有参数都是默认参数，因此都是可选参数。参数的值可以是整数或浮点数，也可以是正数或负数。内部值存储days、seconds 和 microseconds，其他所有参数都将被转换成这3个单位：
- 1毫秒转换为1000微秒
- 1分钟转换为60秒
- 1小时转换为3600秒
- 1周转换为7天
然后对这3个值进行标准化，使得它们的表示是唯一的：
- microseconds : [0, 999999]
- seconds : [0, 86399]
- days : [-999999999, 999999999]
类属性:
类属性名称 | 描述 |
timedelta.min | timedelta(-999999999) |
timedelta.max | timedelta(days=999999999, hours=23, minutes=59, seconds=59, microseconds=999999) |
timedelta.resolution | timedelta(microseconds=1) |
实例方法和属性:
实例方法/属性名称 | 描述 |
td.days | 天 [-999999999, 999999999] |
td.seconds | 秒 [0, 86399] |
td.microseconds | 微秒 [0, 999999] |
td.total_seconds() | 时间差中包含的总秒数，等价于: td / timedelta(seconds=1) |
5 总结
对于Python中时间、日期模块的应用主要集中在time模块和datetime模块中，其中涉及到的方法和属性有些多容易混淆，可以以time模块为出发点，只要理清time模块中3种时间格式之间的关系，就容易记忆了。