使用 Python datetime 处理日期和时间

用日期和时间编程

如果您曾经开发过需要跟踪多个地理区域的时间的软件，那么您可能会明白为什么随着时间的推移编程会如此痛苦。根本的脱节是计算机程序更喜欢完全有序和有规律的事件，但大多数人使用和指代时间的方式是非常不规则的。

这种不规则性的一个很好的例子是夏令时。在美国和加拿大，时钟在 3 月的第二个星期日快进一小时，在 11 月的第一个星期日快退一小时。然而，这只是自 2007 年以来的情况。在 2007 年之前，时钟在 4 月的第一个星期日提前，在 10 月的最后一个星期日后退。

当您考虑时区时，事情变得更加复杂。理想情况下，时区边界将完全遵循经度线。但是，由于历史和政治原因，时区线很少是直的。通常，相隔很远的地区发现自己处于同一时区，而相邻地区处于不同的时区。有一些时区的形状非常时髦。

>>> import time
>>> time.time()
1579718137.550164

YYYY-MM-DD HH:MM:SS

创建 Pythondatetime实例

表示日期和时间的三个类datetime具有相似的初始值设定项。它们可以通过传递关键字参数对于每个属性，诸如被实例化year，date或hour。您可以尝试下面的代码来了解每个对象是如何创建的：

>>> from datetime import date, time, datetime
>>> date(year=2020, month=1, day=31)
datetime.date(2020, 1, 31)
>>> time(hour=13, minute=14, second=31)
datetime.time(13, 14, 31)
>>> datetime(year=2020, month=1, day=31, hour=13, minute=14, second=31)
datetime.datetime(2020, 1, 31, 13, 14, 31)

在此代码中，您从中导入三个主要类，datetime并通过将参数传递给构造函数来实例化它们中的每一个。您可以看到这段代码有些冗长，如果您没有整数形式的所需信息，则无法使用这些技术来创建datetime实例。

幸运的是，datetime提供了其他几种创建datetime实例的便捷方式。这些方法不需要您使用整数来指定每个属性，而是允许您使用其他一些信息：

1. date.today()创建一个datetime.date具有当前本地日期的实例。
2. datetime.now()创建一个datetime.datetime具有当前本地日期和时间的实例。
3. datetime.combine()将datetime.date和datetime.time的datetime.datetime实例合并为一个实例。

datetime当您事先不知道需要传递给基本初始化程序的信息时，这三种创建实例的方法会很有帮助。您可以尝试使用此代码来查看备用初始值设定项是如何工作的：

>>> from datetime import date, time, datetime
>>> today = date.today()
>>> today
datetime.date(2020, 1, 24)
>>> now = datetime.now()
>>> now
datetime.datetime(2020, 1, 24, 14, 4, 57, 10015)
>>> current_time = time(now.hour, now.minute, now.second)
>>> datetime.combine(today, current_time)
datetime.datetime(2020, 1, 24, 14, 4, 57)

在这段代码中，你使用date.today()，datetime.now()以及datetime.combine()创建的实例date，datetime和time对象。每个实例都存储在不同的变量中：

1. today是一个date只有年、月和日的实例。
2. now是datetime具有年、月、日、小时、分钟、秒和微秒的实例。
3. current_time是一个time实例，其小时、分钟和秒设置为与 相同的值now。

在最后一行，您将日期信息today与时间信息组合current_time以生成一个新datetime实例。

使用字符串创建 Pythondatetime实例

创建date实例的另一种方法是使用.fromisoformat(). 要使用此方法，您提供一个字符串与您了解了在ISO 8601格式的日期更早。例如，您可以提供一个指定了年、月和日期的字符串：

2020-01-31

根据 ISO 8601 格式，此字符串表示 2020 年 1 月 31 日的日期。您可以date使用以下示例创建实例：

>>> from datetime import date
>>> date.fromisoformat("2020-01-31")
datetime.date(2020, 1, 31)

在此代码中，您用于date.fromisoformat()创建date2020 年 1 月 31 日的实例。此方法非常有用，因为它基于 ISO 8601 标准。但是，如果您有一个表示日期和时间但不是 ISO 8601 格式的字符串怎么办？

幸运的是，Pythondatetime提供了一个被调用的方法.strptime()来处理这种情况。该方法使用一种特殊的迷你语言来告诉 Python 字符串的哪些部分与datetime属性相关联。

要使用 构造一个datetime字符串.strptime()，您必须使用来自迷你语言的格式化代码告诉 Python 字符串的每个部分代表什么。你可以试试这个例子，看看它是如何.strptime()工作的：

 1>>> date_string = "01-31-2020 14:45:37"
 2>>> format_string = "%m-%d-%Y %H:%M:%S"

在第 1 行，您创建date_string，它表示 2020 年 1 月 31 日下午 2:45:37 的日期和时间。在第 2 行，您创建format_string，它使用迷你语言指定如何将 的部分date_string转换为datetime属性。

在 中format_string，您包含几个格式代码以及所有的破折号 ( -)、冒号 ( :) 和空格，与它们在date_string. 要处理 中的日期和时间date_string，请包含以下格式代码：

迷你语言中所有选项的完整列表超出了本教程的范围，但您可以在网络上找到一些很好的参考资料，包括 Python 的文档和名为strftime.org的网站。

现在已经定义了date_string和format_string，您可以使用它们来创建datetime实例。以下是.strptime()工作原理的示例：

 3>>> from datetime import datetime
 4>>> datetime.strptime(date_string, format_string)
 5datetime.datetime(2020, 1, 31, 14, 45, 37)

在此代码中，您datetime在第 3 行导入并在第 4 行使用datetime.strptime()withdate_string和。最后，第 5 行显示了创建的实例中的属性值。您可以看到它们与上表中显示的值匹配。format_stringdatetime.strptime()

 1>>> import dateparser
 2>>> dateparser.parse("yesterday")
 3datetime.datetime(2020, 3, 13, 14, 39, 1, 350918)
 4>>> dateparser.parse("morgen")
 5datetime.datetime(2020, 3, 15, 14, 39, 7, 314754)

开始你的 PyCon 倒计时

现在您有足够的信息开始为明年的PyCon US 制作倒计时时钟！PyCon US 2021 将于 2021 年 5 月 12 日在宾夕法尼亚州匹兹堡举行。随着 2020 年的活动被取消，许多 Pythonistas 对明年的聚会格外兴奋。这是跟踪您需要等待多长时间并同时提高datetime技能的好方法！

首先，创建一个名为的文件pyconcd.py并添加以下代码：

# pyconcd.py

from datetime import datetime

PYCON_DATE = datetime(year=2021, month=5, day=12, hour=8)
countdown = PYCON_DATE - datetime.now()
print(f"Countdown to PyCon US 2021: {countdown}")

在此代码，您导入datetime从datetime和定义常量，PYCON_DATE即存储下一个PYCON美国的日期。您不希望 PyCon 的日期发生变化，因此您将变量全部大写以表明它是一个常量。

接下来，您计算 与 之间的差异datetime.now()，即当前时间PYCON_DATE。取两个datetime实例之间的差异返回一个datetime.timedelta实例。

timedelta实例表示两个datetime实例之间的时间变化。名称中的delta是对希腊字母 delta 的引用，它在科学和工程中用于表示变化。稍后您将了解有关如何使用timedelta更一般的算术运算的更多信息。

最后，截至 2020 年 4 月 9 日晚上 9:30 之前的打印输出为：

Countdown to PyCon US 2021: 397 days, 10:35:32.139350

距离 PyCon US 2021 仅剩 397 天！此输出有点笨拙，因此稍后您将看到如何改进格式。如果您在不同的日子运行此脚本，您将获得不同的输出。如果您在 2021 年 5 月 12 日上午 8 点之后运行脚本，您将获得负的剩余时间！

使用时区

正如您之前看到的，存储日期发生的时区是确保您的代码正确的一个重要方面。Pythondatetime提供了tzinfo，它是一个抽象基类，允许datetime.datetime并datetime.time包含时区信息，包括夏令时的概念。

但是，datetime不提供与 IANA 时区数据库交互的直接方式。Pythondatetime.tzinfo文档建议使用名为dateutil. 您可以安装dateutil使用pip：

$ python -m pip install python-dateutil

请注意，您从 PyPI 安装的包python-dateutil的名称 , 与您用于导入包的名称不同，即dateutil.

>>> from dateutil import tz
>>> from datetime import datetime
>>> now = datetime.now(tz=tz.tzlocal())
>>> now
datetime.datetime(2020, 1, 26, 0, 55, 3, 372824, tzinfo=tzlocal())
>>> now.tzname()
'Eastern Standard Time'

>>> from dateutil import tz
>>> from datetime import datetime
>>> London_tz = tz.gettz("Europe/London")
>>> now = datetime.now(tz=London_tz)
>>> now
datetime.datetime(2020, 1, 26, 6, 14, 53, 513460, tzinfo=tzfile('GB-Eire'))
>>> now.tzname()
'GMT'

>>> from dateutil import tz
>>> from datetime import datetime
>>> datetime.now(tz=tz.UTC)
datetime.datetime(2020, 3, 14, 19, 1, 20, 228415, tzinfo=tzutc())

改进你的 PyCon 倒计时

现在您知道如何向 Pythondatetime实例添加时区信息，您可以改进 PyCon 倒计时代码。早些时候，您使用标准datetime构造函数传递 PyCon 将启动的年、月、日和小时。您可以更新代码以使用该dateutil.parser模块，该模块为创建datetime实例提供了更自然的界面：

# pyconcd.py

from dateutil import parser, tz
from datetime import datetime

PYCON_DATE = parser.parse("May 12, 2021 8:00 AM")
PYCON_DATE = PYCON_DATE.replace(tzinfo=tz.gettz("America/New_York"))
now = datetime.now(tz=tz.tzlocal())

countdown = PYCON_DATE - now
print(f"Countdown to PyCon US 2021: {countdown}")

在此代码中，您导入 parser和tz来自dateutil和datetime来自datetime。接下来，您使用parser.parse()从字符串中读取下一个 PyCon US 的日期。这比普通的datetime构造函数更具可读性。

parser.parse()返回一个天真的datetime实例，让你用.replace()改变tzinfo的America/New_York时区。PyCon US 2021 将在位于美国东部时区的宾夕法尼亚州匹兹堡举行。该时区的规范名称是America/New_York因为纽约市是该时区中最大的城市。

PYCON_DATE是datetime时区设置为美国东部时间的感知实例。由于 5 月 12 日是夏令时生效后，时区名称为'EDT', 或'Eastern Daylight Time'。

接下来，您创建now代表当前时刻并为其指定本地时区。最后，找到andtimedelta之间的值并打印结果。如果您所在的地区不针对夏令时调整时钟，那么您可能会看到 PyCon 更改一个小时之前的剩余小时数。PYCON_DATEnow

用 Python 进行算术运算 datetime

Pythondatetime实例支持多种类型的算术。正如您之前看到的，这依赖于使用timedelta实例来表示时间间隔。timedelta非常有用，因为它内置于 Python 标准库中。以下是如何使用的示例timedelta：

>>> from datetime import datetime, timedelta
>>> now = datetime.now()
>>> now
datetime.datetime(2020, 1, 26, 9, 37, 46, 380905)
>>> tomorrow = timedelta(days=+1)
>>> now + tomorrow
datetime.datetime(2020, 1, 27, 9, 37, 46, 380905)

在此代码，您可以创建now，存储当前时间，并且tomorrow，这是一个timedelta的+1天。接下来，您添加now并在未来的某一天tomorrow生成一个datetime实例。请注意，使用原始datetime实例，就像您在这里一样，意味着增量的day属性datetime增加一并且不考虑任何重复或跳过的时间间隔。

timedelta 实例还支持负值作为参数的输入：

>>> yesterday = timedelta(days=-1)
>>> now + yesterday
datetime.datetime(2020, 1, 25, 9, 37, 46, 380905)

在此示例中，您将 提供-1为 的输入timedelta，因此当您添加now和 时yesterday，结果是days属性减 1 。

timedelta实例支持所有参数的加法和减法以及正整数和负整数。您甚至可以提供正面和负面参数的混合。例如，您可能想要添加三天并减去四小时：

>>> delta = timedelta(days=+3, hours=-4)
>>> now + delta
datetime.datetime(2020, 1, 29, 5, 37, 46, 380905)

在此示例中，您添加了三天并减去了四小时，因此新的时间datetime是 1 月 29 日凌晨 5:37。timedelta在这种方式下非常有用，但它有一定的局限性，因为它不能添加或减去大于一天的间隔，例如一个月或一年。幸运的是，dateutil提供了一个更强大的替代品，称为relativedelta.

的基本语法relativedelta与timedelta. 您可以提供关键字参数来产生任意数量的年、月、日、小时、秒或微秒的变化。您可以timedelta使用以下代码重现第一个示例：

>>> from dateutil.relativedelta import relativedelta
>>> tomorrow = relativedelta(days=+1)
>>> now + tomorrow
datetime.datetime(2020, 1, 27, 9, 37, 46, 380905)

在本例中，您使用relativedelta代替timedelta来查找datetime与明天相对应的。现在，您可以尝试now在减去四小时三十分钟的同时加上五年、一个月和三天：

>>> delta = relativedelta(years=+5, months=+1, days=+3, hours=-4, minutes=-30)
>>> now + delta
datetime.datetime(2025, 3, 1, 5, 7, 46, 380905)

请注意，在此示例中，日期以 2025 年 3 月 1 日结束。这是因为将 3 天添加到now1 月 29 日，将一个月添加到 2 月 29 日，这仅存在于闰年。由于 2025 年不是闰年，因此日期会滚动到下个月。

您还可以使用relativedelta来计算两个datetime实例之间的差异。早些时候，您使用减法运算符来查找两个 Pythondatetime实例之间的差异，PYCON_DATE并且now. 使用relativedelta, 而不是使用减法运算符，您需要将两个datetime实例作为参数传递：

>>> now
datetime.datetime(2020, 1, 26, 9, 37, 46, 380905)
>>> tomorrow = datetime(2020, 1, 27, 9, 37, 46, 380905)
>>> relativedelta(now, tomorrow)
relativedelta(days=-1)

在此示例中，您通过将字段增加 1datetime来创建一个新实例。然后，您使用和传递和作为两个参数。然后取这两个实例之间的差异并将结果作为实例返回。在这种情况下，差异是天，因为发生在 之前。tomorrowdaysrelativedeltanowtomorrowdateutildatetimerelativedelta-1nowtomorrow

dateutil.relativedelta对象还有无数其他用途。您可以使用它们来查找复杂的日历信息，例如下一年的 10 月 13 日是星期五或当月最后一个星期五的日期。您甚至可以使用它们来替换datetime实例的属性并创建，例如，datetime未来一周的上午 10:00。您可以在dateutil 文档中阅读所有关于这些其他用途的信息。

使用relativedelta在你的PYCON倒计时

首先，用 替换普通减法运算符relativedelta。使用减法运算符，您的timedelta对象无法计算大于一天的时间间隔。但是，relativedelta允许您显示剩余的年、月和日：

 1# pyconcd.py
 2
 3from dateutil import parser, tz
 4from dateutil.relativedelta import relativedelta
 5from datetime import datetime
 6
 7PYCON_DATE = parser.parse("May 12, 2021 8:00 AM")
 8PYCON_DATE = PYCON_DATE.replace(tzinfo=tz.gettz("America/New_York"))
 9now = datetime.now(tz=tz.tzlocal())
10
11countdown = relativedelta(PYCON_DATE, now)
12print(f"Countdown to PyCon US 2021: {countdown}")

您在此代码中所做的唯一更改是将第 11 行替换为countdown = relativedelta(PYCON_DATE, now). 此脚本的输出应告诉您 PyCon US 2021 将在大约一年零一个月后举行，具体取决于您运行脚本的时间。

但是，该输出不是很漂亮，因为它看起来像relativedelta(). 你可以通过用下面的代码替换前面代码中的第 11 行来构建一些更漂亮的输出：

11def time_amount(time_unit: str, countdown: relativedelta) -> str:
12    t = getattr(countdown, time_unit)
13    return f"{t} {time_unit}" if t != 0 else ""
14
15countdown = relativedelta(PYCON_DATE, now)
16time_units = ["years", "months", "days", "hours", "minutes", "seconds"]
17output = (t for tu in time_units if (t := time_amount(tu, countdown)))
18print("Countdown to PyCon US 2021:", ", ".join(output))

此代码需要 Python 3.8，因为它使用了新的walrus operator。通过使用传统for循环代替第 17 行，您可以使该脚本在旧版本的 Python上运行。

在此代码中，您定义了time_amount()，它接受两个参数，relativedelta时间单位和应从中检索时间单位的实例。如果时间量不为零，则time_amount()返回一个包含时间量和时间单位的字符串。否则，它返回一个空字符串。

您可以使用time_amount()在理解上线17。该行创建了一个生成器，用于存储从 返回的非空字符串time_amount()。它采用海象运营商分配的返回值time_amount()，以t包括t只有当它是True。

最后，第 18 行使用.join()on生成器打印最终输出。接下来，您将查看在脚本的输出中包含 PyCon 日期。

在 PyCon 倒计时中显示 PyCon 日期

早些时候，您学习了datetime使用.strptime(). 此方法使用 Python 中的特殊迷你语言来指定日期字符串的格式。

Pythondatetime有一个额外的方法被调用.strftime()，它允许你将一个datetime实例格式化为一个字符串。从某种意义上说，它是解析 using 的逆操作.strptime()。您可以通过记住pin.strptime()代表parse和fin.strftime()代表format来区分这两种方法。

在您的 PyCon 倒计时中，您可以使用.strftime()打印输出让用户知道 PyCon US 的开始日期。请记住，您可以在strftime.org上找到要使用的格式代码。现在在PyCon 倒计时脚本的第 18 行添加此代码：

18pycon_date_str = PYCON_DATE.strftime("%A, %B %d, %Y at %H:%M %p %Z")
19print(f"PyCon US 2021 will start on:", pycon_date_str)
20print("Countdown to PyCon US 2021:", ", ".join(output))

在这段代码中，第18层的用途.strftime()，以创建代表PYCON美国的起始日期2021的输出包括一个字符串的工作日，月，日，年，小时，分钟，上午或下午，和时区：

Wednesday, May 12, 2021 at 08:00 AM EDT

在第 19 行，您打印此字符串以供用户查看并带有一些解释性文本。最后一行打印到 PyCon 开始日期的剩余时间。接下来，您将完成您的脚本，以便其他人可以更轻松地重复使用。

Python 的替代品datetime和dateutil

当您处理日期和时间时，Pythondatetime和dateutil库的强大组合。dateutil甚至在 Python 文档中也推荐使用。但是，还有许多其他库可用于在 Python 中处理日期和时间。其中一些依赖于datetimeand dateutil，而另一些则是完全独立的替代品：

• pytz提供类似于dateutil. 它使用的界面与标准有所不同datetime.tzinfo，因此如果您决定使用它，请注意潜在的问题。
• Arrow为datetime. 它的灵感来自moment.js，所以如果您来自 Web 开发，那么这可能是一个更熟悉的界面。
• Pendulum为datetime. 它包括一个时区接口和一个改进的timedelta实现。
• Maya提供了与datetime. 它依赖 Pendulum 来解析库的部分内容。
• dateparser提供了一个接口来datetime从人类可读的文本生成实例。它很灵活，支持多种语言。

此外，如果您大量使用NumPy、Pandas或其他数据科学包，那么有几个选项可能对您有用：

• NumPy提供了与内置 Pythondatetime库类似的 API，但 NumPy 版本可以在数组中使用。
• Pandas通过使用 NumPy模块为DataFrames 中的时间序列数据提供支持，通常是基于时间的事件的顺序值datetime。
• cftime支持除公历之外的其他日历以及符合气候和预测 (CF) 公约的其他时间单位。xarray包使用它来提供时间序列支持。

进一步阅读

由于随时间编程可能非常复杂，因此网络上有许多资源可以帮助您了解更多相关信息。幸运的是，这是许多使用每种编程语言的人都考虑过的问题，因此您通常可以找到信息或工具来帮助解决您可能遇到的任何问题。以下是我发现对编写本教程很有帮助的精选文章和视频列表：

• Daylight saving time and time zone best practices
• Storing UTC is not a Silver Bullet
• How to save datetimes for future events
• Coding Best Practices Using DateTime in the .NET Framework
• Computerphile: The Problem with Time & Timezones
• The Complexity of Time Data Programming

此外，Paul Ganssle 是 CPython 的核心贡献者和dateutil. 他的文章和视频是 Python 用户的绝佳资源：

• Working with Time Zones: Everything You Wish You Didn’t Need to Know (PyCon 2019)
• pytz: The Fastest Footgun in the West
• Stop using utcnow and utcfromtimestamp
• A curious case of non-transitive datetime comparison

结论

在本教程中，您了解了使用日期和时间进行编程以及为什么它经常导致错误和混乱。您还了解了 Pythondatetime和dateutil模块以及如何在代码中使用时区。

现在你可以：

• 在您的程序中以一种面向未来的良好格式存储日期
• 创建datetime带有格式化字符串的Python实例
• 将时区信息添加到datetime实例中dateutil
• 使用datetime实例执行算术运算relativedelta

最后，您创建了一个脚本，它可以倒计时到下一次 PyCon US 的剩余时间，这样您就可以为最大的 Python 聚会感到兴奋。日期和时间可能很棘手，但是使用您的武器库中的这些 Python 工具，您已准备好解决最棘手的问题！