日期与时间

Lua 的标准库，提供了少量用于操作日期和时间的函数。和往常一样，他提供的只是标准 C 库中可用的功能。然而，尽管他看似简单，我们却可以利用这些基本支持，构造相当多的功能。

Lua 使用了两种日期和时间的表示法。第一种是通过通常是整数的单个数字。尽管 ISO C 没有要求，但在大多数系统上，该数字是从称为 纪元，epoch）的某个固定日期以来的秒数。特别是，在 POSIX 和 Windows 系统中，纪元均为 1970 年 1 月 1 日 0:00 UTC。

Lua 用于日期和时间的第二种表示法是表。此类 日期表，date tables，具有以下的重要字段：year、month、day、hour、min、sec、wday、yday 和 isdst。除 isdst 外的所有字段，都有着整数值。前六个字段的含义很明显。 wday 字段是一周中的哪一天（一为星期日）； yday 字段是一年中的第几天（一为一月一日）。isdst 字段是个布尔值，若夏令时有效则为 true。例如，1998 年 9 月 16 日 23:48:10（星期三）对应了下面这个表：

{year = 1998, month = 9, day = 16, yday = 259, wday = 4,
hour = 23, min = 48, sec = 10, isdst = false}

日期表不会编码时区。由程序根据时区，来正确解释他们。

函数 os.time

在不带参数调用 os.time 时，他会返回编码为数字的当前日期和时间：

> os.time()         --> 1439653520

该日期对应着 2015 年 8 月 15 日 12:45:20。^{注 1}在 POSIX 系统中，我们可以使用一些基本算术计算，来分解这个数字：

local date = 1439653520
local day2year = 365.242                -- 一年中的天数
local sec2hour = 60 * 60                -- 一小时的秒数
local sec2day = sec2hour * 24           -- 一天中的秒数
local sec2year = sec2day * day2year     -- 一年中的秒数

-- 年份
print(date // sec2year + 1970)        --> 2015.0

-- 小时（按 UTC）
print(date % sec2day // sec2hour)     --> 15

-- 分钟
print(date % sec2hour // 60)          --> 45

-- 秒
print(date % 60)                      --> 20

注 1：除非另有说明，我（作者）的日期，都是来自于在里约热内卢运行的一台 POSIX 系统。（这里使用了 UTC+8, Asia/Shanghai 的时区。）

我们还可以日期表，调用 os.time，将表表示法，转换为数字。year、month、day 三个字段，是必填字段。在没有提供 hour、min 和 sec 字段时，会默认为中午 (12:00:00)。其他字段（包括 wday 和 yday），都将被忽略。

> os.time({year=2023, month=11, day=10, hour=12, min=45, sec=35})
1699591535
> os.time({year=1970, month=1, day=1, hour=0})
-28800
> os.time({year=1970, month=1, day=1, hour=0, sec=1})
-28799
> os.time({year=1970, month=1, day=1})
14400

请注意，其中 -28800 是以秒为单位的负八小时（时区），而 14400 则是 -28800，加上以秒为单位的 12 小时。

注意：原文 os.time({year=1970, month=1, day=1, hour=0}) 的输出为 10800。这里的输出是 UTC+8 时区的输出。

函数 os.date

尽管其名字不同，函数 os.date 却是 os.time 的某种逆向函数：他把表示日期和时间的数字，转换为某种更高级别的表示形式，可以是日期表，也可以是字符串。他的第一个参数，是描述咱们想要表示形式的 格式字符串，format string。第二个参数，是数字的日期-时间；在没有提供时，则默认为当前的日期和时间。

为生成一个日期表，我们就要使用格式字符串 "*t"。例如，调用 os.date("*t", 906000490)，会返回下面的表：

> date_table = os.date("*t", 906000490)
> for k, v in pairs(date_table) do
>> print(k, v) end
min     48
year    1998
sec     10
yday    260
hour    10
wday    5
month   9
isdst   false
day     17

一般来说，对于任何有效时间 t，我们都有 os.time(os.date("*t", t)) == t。

除 isdst 之外，结果字段是以下范围内的整数：

（秒可以达到 60，以允许闰秒。）

对于其他格式字符串，os.date 以给定时间和日期的信息，替换特定指令，而返回一个字符串的拷贝。指令是由百分号后跟一个字母组成，如下例所示：

print(os.date("a %A in %B"))                --> a Saturday in November
print(os.date("%d/%m/%Y", 906000490))       --> 17/09/1998

如果相关，表示法会遵循当前区域设置。例如，在巴西-葡萄牙语的区域设置中，%A 将得到 "terça-feira"，%B 将得到 "maio"。

下 图 12.1，“函数 os.date 的指令” 给出了主要的指令。对于每条指令，他都显示了 1998 年 9 月 16 日（星期三）23:48:10 的含义和值。

图 12.1，函数 os.date 的指令

对于数字值，该表格还给出了其可能值的范围。以下是一些示例，展示了如何创建一些 ISO 8601 的格式：

t = 906000490
-- ISO 8601 的日期
print(os.date("%Y-%m-%d", t))           --> 1998-09-17

-- 组合了日期和时间的 ISO 8601 格式
print(os.date("%Y-%m-%dT%H:%M:%S", t))  --> 1998-09-17T10:48:10

-- ISO 8601 的序数日期
print(os.date("%Y-%j", t))              --> 1998-260

如果格式字符串以感叹号开头，那么 os.date 会将时间，解释为世界协调时间（UTC）：

-- 纪元，the Epoch
> print(os.date("!%c", 0))
Thu Jan  1 00:00:00 1970
> print(os.date("%A"))
Sunday
> print(os.date("!%A"))
Saturday

如果我们不带任何参数调用 os.date，他就会使用 %c 格式，即合理格式的日期和时间信息。请注意，%x、%X 和 %c 的表示形式，会根据区域设置（locale）和系统而变化。如果咱们想要固定的表示形式，例如 dd/mm/yyyy，请使用显式的格式字符串，例如 "%d/%m/%Y"。

日期时间操作

Date-Time Manipulation

当 os.date 创建出日期表时，其字段都会在适当的范围内。然而，当我们给 os.time 一个日期表时，该表的字段不需要标准化，its fields do not need to be normalized。这一特性，是操作日期和时间的重要工具。

举个简单的例子，假设我们想要知道，40 天后的日期。按照以下方式，咱们就可以计算出该日期：

t = os.date("*t")           -- 获取当前日期
print(os.date("%Y/%m/%d", os.time(t)))        --> 2023/11/12
t.day = t.day + 40
print(os.date("%Y/%m/%d", os.time(t)))        --> 2023/12/22

如果我们将数字时间，转换回表，我们就会得到该日期时间的规范化版本：

t = os.date("*t")
print(t.day, t.month)               --> 12      11
t.day = t.day - 40
print(t.day, t.month)               --> -28     11
t = os.date("*t", os.time(t))
print(t.day, t.month)               --> 3       10

在此示例中，11 月 -28 日，就已被标准化为 10 月 3 日，即 11 月 12 日之前 40 天。

在大多数系统中，我们也可以在数字时间上，加上或减去 3456000（40 天，以秒为单位）。但是，C 标准不保证此操作的正确性，因为他未要求数字时间，来表示自某个纪元的秒数。此外，如果我们想添加几个月，而不是几天，直接操作秒就会出现问题，因为不同月份有不同的持续时间。相比之下，标准化（归一化）方法，the normalization method，就不存在下面这些问题：

t = os.date("*t")           -- 获取当前日期
print(os.date("%Y/%m/%d", os.time(t)))        --> 2023/11/12
t.month = t.month + 6       -- 此后 6 个月
print(os.date("%Y/%m/%d", os.time(t)))        --> 2024/05/12

在操作日期时，我们必须要小心。标准化会以明显方式运作，但他可能会有着一些不明显的后果。例如，如果我们要计算 3 月 31 日之后的一个月，则会得到 4 月 31 日，该日期会被标准化为 5 月 1 日（4 月 30 日后一天）。这听起来很自然。然而，如果我们从该结果（5 月 1 日）往前推一个月，我们就会到 4 月 1 日，而不是原来的 3 月 31 日。请注意，这种不匹配是我们日历运作方式的结果；和Lua 没有任何关系。

要计算两个时间之间的差异，有着函数 os.difftime。他会返回两个给定数字时间之间的差异（以秒为单位）。对于大多数系统来说，这种差异正是从一个时间，减去另一时间的结果。然而，与减法不同，os.difftime 的行为,在任何系统中，都是有保证的。下面这个个示例，计算了 Lua 5.2 和 Lua 5.3 版本之间，所经过的天数：

local t5_3 = os.time({year=2015, month=1, day=12})
local t5_2 = os.time({year=2011, month=12, day=16})
local d = os.difftime(t5_3, t5_2)
print(d // (24 * 3600))         --> 1123.0

使用 difftime，我们可以将日期，表示为自任意纪元以来的秒数：

myepoch = os.time {year = 2000, month = 1, day = 1, hour = 0}
now = os.time {year = 2023, month = 11, day = 12}
print(os.difftime(now, myepoch))       --> 753105600.0

使用标准化，就可以很容易地，将秒数转换回合法的数字时间：我们创建出一个带有纪元的表，并将其秒数，设置为我们要转换的数字，如下一个示例所示。

T = {year = 2000, month = 1, day = 1, hour = 0}
T.sec = 753105600
print(os.date("%d/%m/%Y", os.time(T)))  --> 12/11/2023

我们还可以使用 os.difftime，来计算出某段代码的运行时间。然而，对于此任务，最好使用 os.clock。函数 os.clock 会返回程序使用 CPU 时间的秒数。其典型用途，是对一段代码进行基准测试：

local x = os.clock()
local s = 0
for i = 1, 100000 do s = s+ i end
print(string.format("经过时间：%.8f\n", os.clock() - x))
    --> 经过时间：0.00035900

与 os.time 不同，os.clock 通常具有亚秒精度，sub-second precision，因此其结果是浮点数。确切的精度，取决于平台；在 POSIX 系统中，通常为一微秒（注：因此对 os.clock 的结果，使用格式字串（指令） %.6f 较好）。

练习

练习 12.1：请编写一个返回恰好是给定日期时间，一个月后日期时间的函数。 （假设日期时间是数字编码。）

练习 12.2：请编写一个返回给定日期的星期几（编码为整数，其中一为星期日）的函数。

练习 12.3：请编写一个取日期时间（编码为数字），并返回自当天开始以来，所经过秒数的函数。

练习 12.4：编写一个取某个年份，并返回其第一个星期五日期的函数。

练习 12.5：请编写一个计算两个给定日期之间，完整天数的函数。

练习 12.6：请编写一个计算两个给定日期之间，完整月数的函数。

练习 12.7：请问往给定日期加一个月和一天，与加一天和一个月的结果，是否相同？

练习12.8：请编写一个生成系统时区的函数。