【嵌入式】自己寫mktime、localtime函數

世紀秒指自1970年1月1日0時0分0秒至某一日期時間經過的秒數。有些應用場景中，需要将日期時間轉換為世紀秒，或者将世紀秒轉換為日期時間。

c/c++庫中已經有相關的函數，由time.h中的mktime函數和localtime函數分别實作上述兩個轉換。但time.h隻能實作32位的世紀秒運算，最大支援到2038年；且mktime、localtime預設的時間基準年份都是1970年1月1日，倘若需要獲得以任意年為基準的“世紀秒”，還需要考慮自己寫函數實作。

下面通過自己寫這兩個函數，相比于mktime、localtime有以下兩個優點:

1.用64位大大擴大了時間戳，最長時間戳為9223372036854775808，而時間戳為36854775808時就已經到3137年10月10日5:43:28了。彌補了時間戳最大截至到2038年的缺點；

2.可定義年為基準，不僅僅是1970.

我在以下函數中實作了兩種轉換，分别是my_mktime和my_localtime，用最簡單粗暴、容易了解的邏輯書寫，效率肯定比不上linux中的短小精悍的mktime函數，但是可以彌補以上兩個缺點。有興趣的可以去看一下了解一下Linux源碼中的mktime算法解析

需要注意的地方都以注釋說明。在main函數中進行了從1970年1月1日到2030年1月1日步進為1秒的函數正确性測試，分别驗證自己寫的函數是否和mktime、localtime計算結果一至，結果表明沒有問題。

#include<stdio.h>
#include<time.h>

#define BASE_YEAR	70	//世紀秒的年份基準，BASE_YEAR = 基準年份 - 1900
#define BASE_MON	1	//世紀秒的月份基準，一般是1月
#define BASE_DAY	1	//世紀秒的日基準  ，一般是1日
						//時分秒都預設是0

//初始時間
#define YEAR	(1970 - 1900)	
#define MON		(1 - 1)			//月[0,11],以适應time.h中的struct tm
#define DAY		1
#define HOUR	8
#define MIN		0
#define SEC		0

//是否是UTC時間,單片機中使用為1(因為沒有設定時區)，電腦中使用需要為0(因為電腦調用time.h中的相關函數時，調用了系統時區)
#define USE_UTC 0

//月份天數表
unsigned char Montbl[12] = {31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};

//是否閏年
unsigned char IsLeap(int year)
{
	unsigned char res = 0;
	if( (year % 4 == 0) && (year % 4 != 100) )
	{
		res = 1;
	}

	return res;
}

//計算世紀秒 從BASE_YEAR-BASE_MON-BASE_DAY 0時0分0秒到某一時間經過的秒
//注意，tm_mon = [0,11]
//後期要對輸入的時間加合法判定
_int64 my_mktime(struct tm* p)
{
	_int64 res = 0;

	int year_s = BASE_YEAR, mon_s = 0;
	unsigned char leap = 0;//最新年份是否閏年

	if( IsLeap(p->tm_year + 1900))
	{
		leap = 1;
	}

	//按年累加
	while(year_s < p->tm_year)
	{
		res += 365 * 24 * 3600;
		if(IsLeap(year_s + 1900))
		{
			res += 24 * 3600;
		}

		year_s++;
	}

	//具體到月
	while(mon_s < p->tm_mon)
	{
		//如果月份為2且是閏年
		if(mon_s == 1 && leap)
		{
			res += (Montbl[mon_s] + 1) * 24 * 3600;
		}
		else
		{
			res += Montbl[mon_s] * 24 * 3600;
		}

		mon_s++;
	}

	//具體到日
	res += (p->tm_mday - 1) * 24 * 3600;

	//具體到時分秒
	res += 3600 * p->tm_hour + 60 * p->tm_min + p->tm_sec;

	//如果加上了本地時區（東八區）
	if(!USE_UTC)
	{
		res -= 3600 * 8;
	}

	return res;
}

//世紀秒轉換成日期時間
void my_localtime(_int64 cs,struct tm *p)
{
	int year_s = BASE_YEAR,mon_s = 0 ;

	//如果加上了本地時區（東八區）
	if(!USE_UTC)
	{
		cs += 3600 * 8;
	}
	
	//算年份
	while(1)
	{
		if(IsLeap(year_s + 1900))
		{
			if((cs - 3600 * 24 * 366) >= 0)
			{
				cs -= 3600 * 24 * 366;
				year_s++;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}
		else
		{
			if((cs - 3600 * 24 * 365) >= 0)
			{
				cs -= 3600 * 24 * 365;
				year_s++;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}
	}

	p->tm_year = year_s;
	
	//算月份
	while(1)
	{
		//如果到了2月,且是閏年
		if(mon_s == 1 && IsLeap(year_s + 1900))
		{
			if(cs - (Montbl[mon_s] + 1)* 24 * 3600 >= 0)
			{
				cs -= (Montbl[mon_s] + 1)* 24 * 3600 ;
				mon_s++;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}
		else
		{
			if(cs - Montbl[mon_s] * 24 * 3600 >= 0)
			{
				cs -= Montbl[mon_s] * 24 * 3600;
				mon_s++;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}
	}

	p->tm_mon = mon_s;

	//算日期
	p->tm_mday = cs / (3600 * 24) + 1;

	//算時分秒
	cs %= (3600 * 24);
	p->tm_hour = cs / 3600;
	cs %= 3600;
	p->tm_min = cs / 60;
	cs %= 60;
	p->tm_sec = cs;

}

int main(void)
{
    _int64 sys_tm,my_tm;//系統函數計算的世紀秒和我自己的函數計算的世紀秒
    struct tm* psys = (struct tm*)malloc(sizeof(struct tm));//系統函數計算的日期時間
	struct tm* pmy = (struct tm*)malloc(sizeof(struct tm));//我自己的函數計算的日期時間
    
	int cnt = 0;//用于列印

	memset(psys,0,sizeof(struct tm));
	memset(pmy,0,sizeof(struct tm));

	psys->tm_year = YEAR;
	psys->tm_mon  = MON;
	psys->tm_mday = DAY;
	psys->tm_hour = HOUR;
	psys->tm_min  = MIN;
	psys->tm_sec = SEC;
	psys->tm_isdst = -1;

	//測試初始值2020-1-1 8:0:0
	//疊代運算，與系統的mktime() localtime()做比較
	//測試到2030-1-1 8:0:0

	do
	{
		//由日期時間獲得世紀秒
		sys_tm	= mktime(psys);
		my_tm	= my_mktime(psys);
		//判斷自己的函數和系統函數獲得的世紀秒是否相等
		if(sys_tm != my_tm)
		{
			printf("err my_mktime when sys_tm is :%I64d\n",my_tm);
			break;
		}
		//世界秒加一

		sys_tm++;
		//由世紀秒反推到日期時間
		psys = localtime(&sys_tm);
		my_localtime(sys_tm,pmy);
		
		//判斷自己的函數和系統函數獲得的日期時間是否一樣
		if(psys->tm_year != pmy->tm_year || 
		   psys->tm_mon  != pmy->tm_mon  || 
		   psys->tm_mday != pmy->tm_mday ||
		   psys->tm_hour != pmy->tm_hour || 
		   psys->tm_min  != pmy->tm_min  || 
		   psys->tm_sec  != pmy->tm_sec)
		{
			printf("err my_localtime when sys_tm is :%d\n",sys_tm);
			break;
		}

		//秒每走過一天列印一次進度
		//防止printf過多耗費大量時間
		if(cnt++ >= 3600 * 24)
		{
			cnt = 0;
			//2030-1-1 8:0:0的世紀秒為1893456000 提前擷取這個值用于進度計算
			printf("%03.2lf%%\t%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\r",
				  (double)(sys_tm)* 100 / (1893456000.0) ,
				  psys->tm_year+1900,
				  psys->tm_mon + 1,
				  psys->tm_mday,
				  psys->tm_hour,
				  psys->tm_min,
				  psys->tm_sec);
		}

	}while(sys_tm <= 1893456000);

	printf("Test End\n");

    return 0;
}