Time

参考資料

用語の説明と慣習

エポック (epoch) : 時刻の起点、プラットフォーム依存。
- Unixでは(UTC で) 1970年1月1日0時0分0秒を指す
- Excelでは(UTC で) 1900年1月0日0時0分0秒を指す
エポック秒 (seconds since the epoch) : エポックからの総経過秒数、たいていはうるう秒 (leap seconds) は含まれていない
UTC: 協定世界時 (Coordinated Universal Time)
DST: 夏時間 (Daylight Saving Time) のことで、一年のうちの一定期間に 1 時間タイムゾーンを修正
人类的早期生活，依靠观测「天文现象」来测量时间，基于地球自转规律，定义了一套时间标准：「世界时」。
后来人们发现，由于地球公转轨道是一个椭圆，并且地球自转还受到地球内部的影响，自转速度越来越慢，人们发现世界时测算出的时间「不准」。
科学家们开始从「微观世界」寻找更稳定的周期运动，最终确定以「铯原子」的振动频率为基准，制造出了「原子钟」，确立了「世界原子时」，并重新定义了「秒」长度，时长高度精确。
但由于人类社会活动已高度依赖「世界时」，所以科学家们基于「原子时」和「世界时」，最终确立出新的时间标准：「世界协调时」，把它定义成了全球的时间标准，至此，世界标准时间诞生。
中国基于「世界协调时」再加上 8 小时时区之差，确立了「北京时间」，并广播给整个中国大地使用。
「国家授时中心」把北京时间广播给全国的「时间服务器」，我们生活中使用的时间，例如计算机，就是通过时间服务器自动同步校准的。
计算机通过 NTP 完成和时间服务器的「自动校准」，我们的应用程序基于此，才得以获取到准确的时间。
NTP 服务应该采用润物细无声的方式同步时间，避免时间发生「倒流」。

注意：このモジュールの中の関数は、エポック以前あるいは遠い未来の日付や時刻を扱うことができません

import textwrap
import time

available_clocks = [
    ('monotonic', time.monotonic),
    ('perf_counter', time.perf_counter),
    ('process_time', time.process_time),
    ('time', time.time),
]

for clock_name, func in available_clocks:
    print(textwrap.dedent('''\
    {name}:
        adjustable    : {info.adjustable}
        implementation: {info.implementation}
        monotonic     : {info.monotonic}
        resolution    : {info.resolution}
        current       : {current}
    ''').format(
        name=clock_name,
        info=time.get_clock_info(clock_name),
        current=func())
    )

monotonic:
    adjustable    : False
    implementation: mach_absolute_time()
    monotonic     : True
    resolution    : 1e-09
    current       : 920.109969304

perf_counter:
    adjustable    : False
    implementation: mach_absolute_time()
    monotonic     : True
    resolution    : 1e-09
    current       : 920.110805048

process_time:
    adjustable    : False
    implementation: getrusage(RUSAGE_SELF)
    monotonic     : True
    resolution    : 1e-06
    current       : 0.848872

time:
    adjustable    : True
    implementation: gettimeofday()
    monotonic     : False
    resolution    : 1e-06
    current       : 1604588233.9574778

Wall Clock Time

import time

print("The time is:", time.time())

The time is: 1604588370.425008

time.time()はエポック以来の秒数を戻る

import time

print('The time is      :', time.ctime())
later = time.time() + 15
print('15 secs from now :', time.ctime(later))

The time is      : Fri Nov  6 00:02:30 2020
15 secs from now : Fri Nov  6 00:02:45 2020

`time.ctime(seconds)`はエポック以来の秒数を人間が読める形で時間を表示する

Monotonic Clocks

time()はシステム時間を利用していて、システム時間はユーザー或いはシステム同期サービスで
変えられる。もし時間を測っているならこの影響を受けたくない、そこで登場するのはmonotonic()

import time

start = time.monotonic()
time.sleep(0.1)
end = time.monotonic()
print(f'start : {start:>9.2f}')
print(f'end   : {end:>9.2f}')
print(f'span  : {end - start:>9.2f}')

start :   1908.15
end   :   1908.25
span  :      0.10

monotonic()のスタートポイントは定義されていない、ゆえに計算した結果だけ意味ある

Processor Clock Time

%%writefile foo.py

import hashlib
import time

data = open(__file__, 'rb').read()

for i in range(20):
    h = hashlib.sha1()
    print(time.ctime(), f': {time.time():0.3f} {time.process_time():0.3f}')
    for i in range(300000):
        h.update(data)
    cksum = h.digest()

Writing foo.py

%run foo.py

Fri Nov  6 00:25:12 2020 : 1604589912.435 10.900
Fri Nov  6 00:25:12 2020 : 1604589912.584 11.043
Fri Nov  6 00:25:12 2020 : 1604589912.732 11.182
Fri Nov  6 00:25:12 2020 : 1604589912.867 11.316
Fri Nov  6 00:25:13 2020 : 1604589913.008 11.453
Fri Nov  6 00:25:13 2020 : 1604589913.147 11.589
Fri Nov  6 00:25:13 2020 : 1604589913.298 11.736
Fri Nov  6 00:25:13 2020 : 1604589913.440 11.875
Fri Nov  6 00:25:13 2020 : 1604589913.592 12.024
Fri Nov  6 00:25:13 2020 : 1604589913.735 12.164
Fri Nov  6 00:25:13 2020 : 1604589913.875 12.302
Fri Nov  6 00:25:14 2020 : 1604589914.011 12.436
Fri Nov  6 00:25:14 2020 : 1604589914.156 12.578
Fri Nov  6 00:25:14 2020 : 1604589914.305 12.724
Fri Nov  6 00:25:14 2020 : 1604589914.454 12.869
Fri Nov  6 00:25:14 2020 : 1604589914.595 13.007
Fri Nov  6 00:25:14 2020 : 1604589914.758 13.160
Fri Nov  6 00:25:14 2020 : 1604589914.913 13.304
Fri Nov  6 00:25:15 2020 : 1604589915.052 13.440
Fri Nov  6 00:25:15 2020 : 1604589915.184 13.570

!rm foo.py

process_time()は名の通り、プロセスが掛かる時間を測る

import time

template = '{} - {:0.2f} - {:0.2f}'

print(template.format(
    time.ctime(), time.time(), time.process_time())
)

for i in range(3, 0, -1):
    print('Sleeping', i)
    time.sleep(i)
    print(template.format(
        time.ctime(), time.time(), time.process_time())
    )

Fri Nov  6 00:29:22 2020 - 1604590162.28 - 14.85
Sleeping 3
Fri Nov  6 00:29:25 2020 - 1604590165.29 - 14.85
Sleeping 2
Fri Nov  6 00:29:27 2020 - 1604590167.29 - 14.85
Sleeping 1
Fri Nov  6 00:29:28 2020 - 1604590168.30 - 14.85

プログラムが何もしていないならプロセスクロックは測らない

Performance Counter

%%writefile bar.py

import hashlib
import time

data = open(__file__, 'rb').read()

loop_start = time.perf_counter()

for i in range(5):
    iter_start = time.perf_counter()
    h = hashlib.sha1()
    for i in range(300000):
        h.update(data)
    cksum = h.digest()
    now = time.perf_counter()
    loop_elapsed = now - loop_start
    iter_elapsed = now - iter_start
    print(time.ctime(), f': {iter_elapsed:0.3f} {loop_elapsed:0.3f}')

Writing bar.py

%run bar.py

Fri Nov  6 00:47:11 2020 : 0.188 0.188
Fri Nov  6 00:47:11 2020 : 0.186 0.374
Fri Nov  6 00:47:11 2020 : 0.188 0.561
Fri Nov  6 00:47:11 2020 : 0.181 0.743
Fri Nov  6 00:47:12 2020 : 0.188 0.931

!rm bar.py

プログラムの性能を測る際、高解析度のmonotonic clockが大事
perf_counterはそのために誕生される

※monotonic()と同じ、絶対値は意味なく、相対値を利用すべき

Time Components

import time


def show_struct(s):
    print('  tm_year :', s.tm_year)
    print('  tm_mon  :', s.tm_mon)
    print('  tm_mday :', s.tm_mday)
    print('  tm_hour :', s.tm_hour)
    print('  tm_min  :', s.tm_min)
    print('  tm_sec  :', s.tm_sec)
    print('  tm_wday :', s.tm_wday) # [0,6]の間の数、月曜が 0
    print('  tm_yday :', s.tm_yday) # [1, 366]の間の数  
    print('  tm_isdst:', s.tm_isdst) # 夏時間であるかどうか


print('gmtime:')
show_struct(time.gmtime())
print('\nlocaltime:')
show_struct(time.localtime())
print('\nmktime:', time.mktime(time.localtime()))

gmtime:
  tm_year : 2020
  tm_mon  : 11
  tm_mday : 5
  tm_hour : 15
  tm_min  : 55
  tm_sec  : 11
  tm_wday : 3
  tm_yday : 310
  tm_isdst: 0

localtime:
  tm_year : 2020
  tm_mon  : 11
  tm_mday : 6
  tm_hour : 0
  tm_min  : 55
  tm_sec  : 11
  tm_wday : 4
  tm_yday : 311
  tm_isdst: 0

mktime: 1604591711.0

Working with Time Zones

import time
import os


def show_zone_info():
    print('  TZ    :', os.environ.get('TZ', '(not set)'))
    print('  tzname:', time.tzname)
    print('  Zone  : {} ({})'.format(
        time.timezone, (time.timezone / 3600)))
    print('  DST   :', time.daylight)
    print('  Time  :', time.ctime())
    print()


print('Default :')
show_zone_info()

ZONES = [
    'GMT',
    'Europe/Amsterdam',
]

for zone in ZONES:
    os.environ['TZ'] = zone
    time.tzset()
    print(zone, ':')
    show_zone_info()

Default :
  TZ    : (not set)
  tzname: ('JST', 'JST')
  Zone  : -32400 (-9.0)
  DST   : 0
  Time  : Fri Nov  6 01:02:09 2020

GMT :
  TZ    : GMT
  tzname: ('GMT', 'GMT')
  Zone  : 0 (0.0)
  DST   : 0
  Time  : Thu Nov  5 16:02:09 2020

Europe/Amsterdam :
  TZ    : Europe/Amsterdam
  tzname: ('CET', 'CEST')
  Zone  : -3600 (-1.0)
  DST   : 1
  Time  : Thu Nov  5 17:02:09 2020

Parsing and Formatting Times

import time


def show_struct(s):
    print('  tm_year :', s.tm_year)
    print('  tm_mon  :', s.tm_mon)
    print('  tm_mday :', s.tm_mday)
    print('  tm_hour :', s.tm_hour)
    print('  tm_min  :', s.tm_min)
    print('  tm_sec  :', s.tm_sec)
    print('  tm_wday :', s.tm_wday)
    print('  tm_yday :', s.tm_yday)
    print('  tm_isdst:', s.tm_isdst)


now = time.ctime()
print('Now:', now)

parsed = time.strptime(now)
print('\nParsed:')
show_struct(parsed)

print('\nFormatted:',
      time.strftime("%a %b %d %H:%M:%S %Y", parsed))

Now: Thu Nov  5 17:03:21 2020

Parsed:
  tm_year : 2020
  tm_mon  : 11
  tm_mday : 5
  tm_hour : 17
  tm_min  : 3
  tm_sec  : 21
  tm_wday : 3
  tm_yday : 310
  tm_isdst: -1

Formatted: Thu Nov 05 17:03:21 2020