Python datetime and timezone

悲剧的发现之前一直都理解有误啊，仔细读了一遍文档，这里做个记录。

基本类型

datetime库里面主要有这么五种数据：

• date
• datetime
• time
• timedelta
• tzinfo

date

date表示纯粹的日期数据，即“2020-02-21”这种，不含时区概念。

文档里面有这么一句：

January 1 of year 1 is called day number 1, January 2 of year 1 is called day number 2, and so on.

在加上date.fromordinal和date.toorinal这两个方法，我觉得其内部可能就是用day number这个整型数来表示的。不过这个无所谓啦。

time

time表示时间数据，即”12:22:34”这种，但是它是可以有时区概念time.tzinfo在里面的。

关于Time Zone的东西下面会详细说，这里先不说了。

datetime

datetime是date和time的结合体，表示完整的时间概念，即”2014-02-21 12:23:23”这种。也是可以有时区概念的。

另外，datetime是date的子类。

timedelta

timedelta表示时间长度（时间差），很好理解，没啥好说的。

tzinfo

即Time Zone Info，时区信息。这个原始的tzinfo是一个抽象基类，不应该直接实例化，应该子类化并实现一些必要函数再使用。

需要实现的函数如下：

• tzinfo.utcoffset(self, dt)
• tzinfo.dst(self, dt)
• tzinfo.tzname(self, dt)

待实现的这些函数主要都是用于被datetime或者time实例调用。逻辑会在下面说明。

关于时区

上面说到datetime和time是可以有时区概念的，为什么是可以有呢？

先从文档里面直接拿出两个名词：

There are two kinds of date and time objects: “naive” and “aware”.

“Naive” Object表示单纯的时间数据，不包含时区信息，所以无法直接进行时区转换等操作。

“Aware” Object表示包含了时区信息的时间数据，这其实才是真实世界中可以在时间轴上找到自己位置的对象。由于带有了时区信息，所以也就原生支持了各时区转换等操作。

同样是一个datetime(或者time)对象，当datetime.tzinfo is None时它就是”naive”的，否则datetime.tzinfo存放了时区信息，它就是”aware”的。

让一个naive对象变成aware对象最直接的方法就是给它设置一个tzinfo对象：

n = datetime.now()
# 注意，replace方法只会直接修改属性值，不会自动根据时区做时间调整
n.replace(tzinfo=sometz)

如果对一个naive对象调用一些跟时区相关的方法(如: datetime.astimezone)，就会报错或无效，因为这些方案的实现中通常需要使用datetime.tzinfo中实现的方法。

tzinfo只是一个抽象基类，定义了一些子类化时候需要实现的方案，在python的标准库里面没有任何实现。

可以为什么呢？标准库里面不应该有一些基本的通用的实现么。猜测估计是由于当前世界上各时区的混乱（还有夏令时这种奇葩的东西），以及各平台下时区信息的存储方式的差异，导致不适合在标准库里面实现吧。

实现一个最简单的UTC Time Zone如下：

from datetime import tzinfo, timedelta

ZERO = timedelta(0)

class UTC(tzinfo):
    # 本时区与UTC时间的差值
    def utcoffset(self, dt):
        return ZERO

    # 时区名称
    def tzname(self, dt):
        return “UTC”

    # 夏令时
    def dst(self, dt):
        return ZERO

当然也没有必要真的就自己手动实现，使用pytz或者dateutils这些第三方库就好了。

关于时间戳(TimeStamp)

时间戳的含义就是UTC时间1970-01-01 00:00:00到当前时间的秒数，这本质上是一个时间差，所以没有时区的概念。

对于时间戳的操作，主要涉及的是另一个标准库time，注意这里的time并不是datetime.time。

获取当前时间戳:

import time
current_timestamp = time.time()

使用Naive对象

标准库里面没有实现tzinfo，所以如果我们没有使用第三方库，那么我们一定都是在使用Naive对象了。

但是，实际情况是即时我们使用的都是Naive对象，还是会有Local时间和UTC时间的区分！这就是我之前一直很混乱的地方。

其实，如果只需要做本地时间和UTC时间的转换是用不着tzinfo的。

datetime.now([tzinfo])

datetime.now是一个类函数，返回表示当前时间的datetime对象。它有一个可选参数，可传入一个具体的时区信息来返回指定时区的当前时间。如果不带参数调用，那么它会返回本地时间的naive对象。

比如，我现在是北京时间2014-03-21 14:11:00:

>>> from datetime import datetime
>>> now = datetime.now()
>>> print now
2014-03-21 14:11:23.414917

虽然返回的是本地时间（北京时间），但是它是naive对象，不带时区信息！

>>> print now.tzinfo
None

如果想要得到UTC时间:

>>> utcnow = datetime.utcnow()
>>> print utcnow
2014-03-21 06:16:10.025043

datetime <=> timestamp

本地时间和时间戳之间转换:

>>> now = datetime.now()
>>> print now
2014-03-21 14:22:11
>>> ts = time.mktime(now.timetuple())
>>> print ts
1395382931.0
>>> _now = datetime.fromtimestamp(ts)
>>> print _now
2014-03-21 14:22:11

如果想把时间戳转成UTC时间:

>>> _utcnow = datetime.utcfromtimestamp(ts)
>>> print _utcnow
2014-03-21 06:22:11

如果想把UTC时间转成时间戳:

>>> ts = time.mktimefromutc(datetime.utcnow().timetuple())
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'module' object has no attribute 'mktimefromutc'

好吧，总觉得time里面缺少这这么个函数，不过我们可以这么来：

utcnow = datetime.utcnow()
ts_from_utcdt = time.mktime(utcnow.timetuple()) - time.timezone

或者:

import calendar
ts_from_utcdt = calendar.timegm(utcnow.timetuple())

又用到了calendar这个库，真够乱的。

Local DateTime <=> UTC DateTime

对于naive对象，貌似没有方法能够直接支持本地时间和UTC时间转换的，所以只能从TimeStamp中绕一圈了。

Local DateTime => UTC DateTime

>>> print now
2014-03-21 14:41:42.529159
>>> ts = time.mktime(now.timetuple())
>>> utcnow = datetime.utcfromtimestamp(ts)
>>> print utcnow
2014-03-21 06:41:42

UTC DateTime => Local DateTime

>>> utc = datetime.utcnow()
>>> print utc
2014-03-21 06:44:15.069810
>>> ts = time.mktime(utc.timetuple()) - time.timezone
>>> local = datetime.fromtimestamp(ts)
>>> print local
2014-03-21 14:44:15

使用Aware对象

如果使用Aware对象，一些貌似都清晰了不少。

datetime.now([tzinfo])

我们可以返回一个指定时区的datetime

>>> from datetime import datetime
>>> import pytz
>>> tz_cn = pytz.timezone("Asia/Shanghai")
>>> tz_us = pytz.timezone('America/Los_Angeles')
>>> print datetime.now(tz_cn)
2014-03-21 14:58:38.059945+08:00
>>> print datetime.now(tz_us)
2014-03-20 23:58:45.427634-07:00
>>> print datetime.now(pytz.UTC)
2014-03-21 06:58:56.507517+00:00

并且它是aware的

>>> dt_cn = datetime.now(tz_cn)
>>> dt_cn.tzinfo
<DstTzInfo 'Asia/Shanghai' CST+8:00:00 STD>

时区转换

对于aware对象之间的转换很简单:

>>> dt_cn = datetime.now(tz_cn)
>>> print dt_cn
2014-03-21 15:04:21.700744+08:00
>>> dt_us = dt_cn.astimezone(tz_us)
>>> print dt_us
2014-03-21 00:04:21.700744-07:00

对于非aware的对象，可以先将其转换成aware的再操作：

>>> dt_naive = datetime.utcnow()
>>> print dt_naive
2014-03-21 07:05:58.194690
>>> dt_utc = dt_naive.replace(tzinfo=pytz.UTC)
>>> print dt_utc
2014-03-21 07:05:58.194690+00:00
>>> dt_cn = dt_utc.astimezone(tz_cn)
>>> print dt_cn
2014-03-21 15:05:58.194690+08:00

对于aware对象和时间戳的转换，我觉得还是全都转成UTC时间再操作吧。