Python 日期处理实战：datetime、time 与 calendar 模块详解

Python 日期处理核心库概述

本文整理 Python 中常用的日期处理库与函数，主要涵盖 Python 内置的 datetime、time 和 calendar 模块，以及第三方库 dateutil。日期处理涉及的核心概念包括 date、time、datetime、timezone、calendar，以及时间的比较、差值计算、字符串解析与格式化显示等。

datetime 模块类继承关系

在 datetime 模块中，各类之间的继承关系如下所示：

object ├── date │ └── datetime ├── time ├── timedelta └── tzinfo └── timezone

本文重点介绍上述继承结构中加粗显示的 datetime、date、time 和 timedelta 对象。虽然 timezone 同样重要，但在某些场景下，我们可能仅需处理本地时间。

创建 datetime、date 和 time 实例

datetime、date 和 time 实例的创建方式

可以通过调用各自的构造函数并提供必要参数来创建实例，以下是它们的构造函数定义：

datetime:
 def __new__(cls, year, month=None, day=None, hour=0, minute=0, second=0,
  microsecond=0, tzinfo=None, *, fold=0)
date:
 def __new__(cls, year, month=None, day=None)
 
time:
 def __new__(cls, hour=0, minute=0, second=0, microsecond=0, tzinfo=None, *, fold=0)

例如：

from datetime import datetime, date, time, timedelta
 
today = date(2019, 4, 24) # 2019-04-24

获取当前日期或时间

date.today() #2019-04-24
datetime.now() # 2019-04-24 21:41:40.226300
 
datetime.today() # 2019-04-24 21:41:50.336293
datetime.today().date() #2019-04-24
datetime.today().time() #21:41:50.336303
 
datetime.now().date()
datetime.now().time()

从语义角度，应分别调用 date.today() 和 datetime.now()。datetime.today() 实际上是 datetime 从 date 继承而来的方法。

time 类型没有 today() 或 now() 方法，因此只能通过 datetime.now() 来获取对应的 time 或 datetime 对象。由于 datetime 同时包含 date 和 time 信息，因此始终可以通过 datetime 实例获取相应的 date 和 time。

解析字符串与 ISO 格式规范

通过解析字符串创建实例

date.fromisoformat('2019-04-24')  # 2019-04-24
datetime.fromisoformat('2019-04-24T13:12:23') # 2019-04-24 13:12:23
datetime.strptime('04/24/2019', '%m/%d/%Y') # 2019-04-24 00:00:00
time.fromisoformat('12:12:24+06:00')  #12:12:24+06:00

datetime、date 和 time 均提供了 fromisoformat() 方法，使用时需了解它们各自的 ISO 表示格式。若需指定特定格式来解析字符串，仅 datetime 提供了 strptime() 方法。一旦拥有 datetime，即可相应地提取 date 与 time。

date、datetime 与 time 对应的 ISO 格式定义如下：

1. date ISO format: YYYY-MM-DD
2. datetime ISO format: YYYY-MM-DD[*HH[:MM[:SS[.fff[fff]]]][+HH:MM[:SS[.ffffff]]]]
3. time ISO format: HH[:MM[:SS[.fff[fff]]]][+HH:MM[:SS[.ffffff]]]

能够自由解析字符串的方法为 datetime.strptime(str, fmt)。Python 借鉴了标准 C 语言的日期格式定义字符串，具体参考 strftime() and strptime() Behavior。后续的 strftime() 函数也采用相同的格式定义方式。

注：strftime() 和 strptime() 中的 f 和 p 分别对应 format（格式）和 parse（解析）的首字母。

基于时间戳创建实例与格式化输出

基于 Timestamp 创建实例

Python 本身没有名为 Timestamp 的类型，此处的 timestamp 指由浮点数表示的时间戳。

ts = datetime.today().timestamp() # 1556161777.38553
date.fromtimestamp(ts)  # 2019-04-24
datetime.fromtimestamp(ts)  # 2019-04-24 22:09:37.385530

time 类型没有 fromtimestamp() 方法。

格式化输出

date、datetime 和 time 均提供 isoformat() 和 strftime(fmt) 函数，格式字符串请参考 strftime() and strptime() Behavior。

date.today().strftime('%a %b %d, %Y') # Wed Apr 24, 2019
datetime.today().isoformat()  # 2019-04-24T22:21:38.747318
datetime.today().time().strftime('%Y') # 1900
date.today().strftime('%S')  # 00

以上为几个示例。需注意，在 Python 中，若 time 类型不含年月日信息，格式化时尝试输出年份会得到非预期结果，但不会像 Java 那样抛出异常。例如以下 Java 代码：

DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd");
LocalDate.now().format(formatter); //2019-04-24
LocalTime.now().format(formatter); //Exception java.time.temporal.UnsupportedTemporalTypeException: Unsupported field: YearOfEra

由于 LocalTime.now() 不含年月日信息，因此无法格式化为 yyyy-MM-dd。

时间比较与 timedelta 运算

时间与日期的比较及 timedelta 运算

1. date、datetime 和 time 均定义了 __lt__、__le__、__ne__、__gt__、__ge__ 和 __eq__ 函数，因此相同类型的实例之间可以进行时间先后的比较。
2. 此外，date 和 datetime 还定义了 __sub__ 和 __rsub__ 函数，因此两个 date 或两个 datetime 实例相减将得到 timedelta 实例。
3. 另外，date 和 datetime 也定义了 __add__ 和 __radd__ 函数，date 或 datetime 可以加减一个 timedelta 来生成新的实例。

以下展示几个简单示例：

d1 = datetime.today()    # 2019-04-24 23:00:31.672769
delta = timedelta(days=2, weeks=1, seconds=-3) # 8 days, 23:59:57
d2 = d1 + delta     # 2019-05-03 23:00:28.672769
d3 = d1 - delta     # 2019-04-15 23:00:34.672769
 
d2 - d1      # 8 days, 23:59:57
d2 > d1      # True
d1 < d3      # False
 
datetime.today().date() + delta)  # 2019-05-02

注意，不同类型之间不能直接相减，例如用 date 减去 datetime 是非法操作。d1 + delta、d1 - delta 和 delta + d1 均可正常执行，但 delta - d1 则不可行。

timedelta 表示两个时间的差值，用于推算另一个实例时不包含日历信息。若需在日历维度进行推演，需借助 calendar 模块。

time 模块常用功能

不可忽视的 time 模块

前文所述为 datetime 模块中的 time 类型。Python 还内置了 time 模块，通过 import time 引入，它提供了一些实用功能。

1. time 模块包含完整的日期时间信息，这与 datetime 模块中不含年月日信息的 time 类型不同。
2. locatime()、strptime()、gmtime()、asctime() 和 mktime() 用于构造 time 实例。
3. strftime() 可用于格式化输出。
4. time.time() 用于获取当前的 Unix 时间戳。
5. time.sleep(sec) 用于暂停当前线程若干秒。

关于 calendar 和 dateutil 的内容将在后续文章中介绍。

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