39個 Python Datetime 小例子，拯救因時間抓狂的你

在日常生活中，我們可以用多種不同的格式來表示日期和時間，例如，7 月4 日、2022 年3 月8 日、22:00 或2022年12 月31 日23:59:59。它們使用整數和字串的組合，或者也可以使用浮點數來表示一天、一分鐘等等，各種各樣的時間表示方式，確實讓人眼花撩亂。

不過還好，Python 有 datetime 模組，它允許我們輕鬆地操作表示日期和時間的物件。

在今天的文章中，我們將學習以下內容：

•  Python 中datetime 模組的使用
  
•  使用Python 日期時間函數將字串轉換為日期時間對象，反之亦然
  
•  從日期時間對象提取日期和時間
  
•  使用時間戳記
  
•  對日期和時間執行算術運算
  
•  使用時區
  
•  建立一個倒數計時器來決定距離2023 年新年還有多久
  

Let's do it!

#如何在Python 中使用日期時間

正如我們之前所看到的，在程式設計中表示日期和時間是一項非常有挑戰的事情。首先，我們必須以標準的、普遍接受的格式來表示它們。幸運的是，國際標準化組織(ISO) 制定了一個全球標準ISO 8601，它將與日期和時間相關的物件表示為YYYY-MM-DD HH:MM:SS，其資訊範圍從最重要的（年， YYYY）到最不重要的（秒，SS）。這種格式的每一部分都表示為一個四位數或兩位數。

Python 中的datetime 模組有5 個主要類別（模組的一部分）：

•  date 操作日期物件
  
• # time 操作時間物件
  
•  datetime 是日期和時間的組合
  
•  timedelta 允許我們使用時間區間
  
## tzinfo 允許我們使用時區
• 
  

此外，我們將使用zoneinfo 模組，它為我們提供了一種處理時區的更現代的方式，以及dateutil 包，它包含許多有用的函數來處理日期和時間。

讓我們匯入datetime 模組並建立我們的第一個日期和時間物件：

# From the datetime module import date
from datetime import date
# Create a date object of 2000-02-03
date(2022, 2, 3)

Output:

datetime.date(2022, 2, 3)

在上面的程式碼中，我們從模組中導入了日期類，然後創建了2022 年2 月3 日的datetime.date 物件。需要注意的是，用於建立該物件的數字順序與 ISO 8061 中的完全相同 （但我們省略了 0 並且只寫了一個數字的月份和日期）。

關於時間的編碼都是基於現實的，所以假設我們要建立一個2000-26-03 的物件：

# Create a date object of 2000-26-03
date(2000, 26, 3)

Output:

---------------------------------------------------------------------------
ValueErrorTraceback (most recent call last)
Input In [2], in
 1 # Create a date object of 2000-26-03
----> 2 date(2000, 26, 3)
ValueError: month must be in 1..12

我們得到ValueError: month must be in 1..12，毫無疑問，日曆中沒有第26 個月，拋出異常。

讓我們看看如何建立一個datetime.time 物件：

# From the datetime module import time
from datetime import time
# Create a time object of 05:35:02
time(5, 35, 2)

Output:

datetime.time(5, 35, 2)

現在，如果我們想要在一個物件中同時包含日期和時間怎麼辦？我們應該使用 datetime 類別：

# From the datetime module import datetime
from datetime import datetime
# Create a datetime object of 2000-02-03 05:35:02
datetime(2000, 2, 3, 5, 35, 2)

Output:

datetime.datetime(2000, 2, 3, 5, 35, 2)

不出意外，我們成功建立了 datetime 物件。我們也可以更明確地將關鍵字參數傳遞給datetime 建構子：

datetime(year=2000, month=2, day=3, hour=5, minute=35, second=2)

Output:

datetime.datetime(2000, 2, 3, 5, 35, 2)

如果我們只傳入三個參數（年、月和日）會怎樣，是否會報錯呢

# Create a datetime object of 2000-02-03
datetime(2000, 2, 3)

Output:

datetime.datetime(2000, 2, 3, 0, 0)

我們可以看到，現在物件中有兩個零（分別代表）小時和分鐘。同時秒數也被省略了。

在許多情況下，我們想知道目前的確切時間。可以使用 datetime 類別的 now() 方法：

# Time at the moment
now = datetime.now()
now

Output:

datetime.datetime(2022, 8, 1, 0, 9, 39, 611254)

我們得到一個日期時間對象，這裡最後一個數字是微秒。

如果我們只需要今天的日期，我們可以使用date 類別的today() 方法：

today = date.today()
today

Output:

datetime.date(2022, 8, 1)

如果我們只需要時間，就必須存取datetime.now() 物件的小時、分鐘和秒屬性，並將它們傳遞給時間建構函式：

time(now.hour, now.minute, now.second)

Output:

datetime.time(11, 33, 25)

我們也可以使用isocalendar() 函數從日期時間物件中提取周數和天數。它將傳回一個包含ISO 年份、週數和工作日數的三項元組：

# isocalendar() returns a 3-item tuple with ISO year, week number, and weekday number
now.isocalendar()

Output:

datetime.IsoCalendarDate(year=2022, week=7, weekday=1)

在ISO 格式中，一周從星期一開始，到星期日結束。一週中的天數由 1（星期一）到 7（星期日）的數字編碼。如果我們想要存取這些元組元素之一，需要使用括號表示法：

# Access week number
week_number = now.isocalendar()[1]
week_number

Output:

7

从字符串中提取日期

在数据科学和一般编程中，我们主要使用以数十种不同格式存储为字符串的日期和时间，具体取决于地区、公司或我们需要的信息粒度。有时，我们需要日期和确切时间，但在其他情况下，我们只需要年份和月份。我们该如何从字符串中提取我们需要的数据，以便将其作为日期时间（日期、时间）对象来操作呢？

fromisoformat() 和 isoformat()

我们学习的第一个将日期字符串转换为日期对象的函数是 fromisoformat，我们这样称呼它是因为它使用 ISO 8601 格式（即 YYYY-MM-DD），让我们看一个例子：

# Convert a date string into a date object
date.fromisoformat("2022-12-31")

Output:

datetime.date(2022, 12, 31)

ISO 格式也包含时间，但如果我们却不能将它传递给函数：

date.fromisoformat("2022-12-31 00:00:00")

Output:

---------------------------------------------------------------------------
ValueErrorTraceback (most recent call last)
Input In [13], in
----> 1 date.fromisoformat("2022-12-31 00:00:00")
ValueError: Invalid isoformat string: '2022-12-31 00:00:00'

当然，我们也可以进行逆向运算，将 datetime 对象转换为 ISO 格式的日期字符串，我们应该使用 isoformat()：

# Convert a datetime object into a string in the ISO format
date(2022, 12, 31).isoformat()

Output:

'2022-12-31'

strptime()

为了解决上述 ValueError 问题，我们可以使用 strptime() 函数，该函数可以将任意日期/时间字符串转换为日期时间对象。我们的字符串不一定需要遵循 ISO 格式，但我们应该指定字符串的哪一部分代表哪个日期或时间单位（年、小时等）。让我们看一个例子，首先，我们将使用严格的 ISO 格式将字符串转换为日期时间对象：

# Date as a string
iso_date = "2022-12-31 23:59:58"
# ISO format
iso_format = "%Y-%m-%d %H:%M:%S"
# Convert the string into a datetime object
datetime.strptime(iso_date, iso_format)

Output:

datetime.datetime(2022, 12, 31, 23, 59, 58)

在第一行，我们创建一个日期/时间字符串。在第二行中，我们使用特殊代码指定字符串的格式，该代码包含一个百分号，后跟一个编码日期或时间单位的字符。最后，在第三行中，我们使用 strptime() 函数将字符串转换为日期时间对象。这个函数有两个参数：字符串和字符串的格式。

我们上面使用的代码还可以编码其他日期和时间单位，如工作日、月份名称、周数等。

代码	示例	说明
%A	Monday	完整的工作日名称
%B	December	全月名称
%W	2	週數（星期一是一週的第一天）

让我们再看几个使用其他格式的示例：

# European date as a string
european_date = "31-12-2022"
# European format
european_format = "%d-%m-%Y"
# Convert the string into a datetime object
datetime.strptime(european_date, european_format)

Output:

datetime.datetime(2022, 12, 31, 0, 0)

如上所示，字符串已成功转换，但还有额外的零表示时间字段，让我们看一个使用其他代码的示例：

# Full month name date
full_month_date = "12 September 2022"
# Full month format
full_month_format = "%d %B %Y"
# Convert the string into a datetime object
datetime.strptime(full_month_date, full_month_format)

Output:

datetime.datetime(2022, 9, 12, 0, 0)

还是可以正常转换，但是需要注意的是，我们定义的格式应该与日期字符串的格式相匹配。因此，如果我们有空格、冒号、连字符或其他字符来分隔时间单位，那么它们也应该在代码字符串中。否则，Python 将抛出 ValueError：

# Full month name date
full_month_date = "12 September 2022"
# Wrong format (missing space)
full_month_format = "%d%B %Y"
# Convert the string into a datetime object
datetime.strptime(full_month_date, full_month_format)

Output:

---------------------------------------------------------------------------
ValueErrorTraceback (most recent call last)
Input In [18], in
 5 full_month_format = "%d%B %Y"
 7 # Convert the string into a datetime object
----> 8 datetime.strptime(full_month_date, full_month_format)
File ~/coding/dataquest/articles/using-the-datetime-package/env/lib/python3.10/_strptime.py:568, in _strptime_datetime(cls, data_string, format)
 565 def _strptime_datetime(cls, data_string, format="%a %b %d %H:%M:%S %Y"):
 566 """Return a class cls instance based on the input string and the
 567 format string."""
--> 568 tt, fraction, gmtoff_fraction = _strptime(data_string, format)
 569 tzname, gmtoff = tt[-2:]
 570 args = tt[:6] + (fraction,)
File ~/coding/dataquest/articles/using-the-datetime-package/env/lib/python3.10/_strptime.py:349, in _strptime(data_string, format)
 347 found = format_regex.match(data_string)
 348 if not found:
--> 349 raise ValueError("time data %r does not match format %r" %
 350(data_string, format))
 351 if len(data_string) != found.end():
 352 raise ValueError("unconverted data remains: %s" %
 353 data_string[found.end():])
ValueError: time data '12 September 2022' does not match format '%d%B %Y'

可以看到，即使缺少一个空格也可能导致错误！

将日期时间对象转换为字符串

strftime()

在 Python 中，我们还可以使用 strftime() 函数将日期时间对象转换为字符串。它有两个参数：一个日期时间对象和输出字符串的格式。

# Create a datetime object
datetime_obj = datetime(2022, 12, 31)
# American date format
american_format = "%m-%d-%Y"
# European format
european_format = "%d-%m-%Y"
# American date string
print(f"American date string: {datetime.strftime(datetime_obj, american_format)}.")
# European date string
print(f"European date string: {datetime.strftime(datetime_obj, european_format)}.")

Output:

American date string: 12-31-2022.
European date string: 31-12-2022.

我们采用相同的日期时间对象并将其转换为两种不同的格式。我们还可以指定其他格式，例如完整的月份名称后跟日期和年份。

full_month = "%B %d, %Y"
datetime.strftime(datetime_obj, full_month)

Output:

'December 31, 2022'

另一种使用 strftime 的方法是将它放在 datetime 对象之后：

datetime_obj = datetime(2022, 12, 31, 23, 59, 59)
full_datetime = "%B %d, %Y %H:%M:%S"
datetime_obj.strftime(full_datetime)

Output:

'December 31, 2022 23:59:59'

在实际使用当中，如果我们想提取不同年份 12 月 31 日的工作日名称，strftime() 可能很方便：

# Extract the weekday name of December 31
weekday_format = "%A"
for year in range(2022, 2026):
 print(f"Weekday of December 31, {year} is {date(year, 12, 31).strftime(weekday_format)}.")

Output:

Weekday of December 31, 2022 is Saturday.
Weekday of December 31, 2023 is Sunday.
Weekday of December 31, 2024 is Tuesday.
Weekday of December 31, 2025 is Wednesday.

时间戳

在编程中，通常会看到以 Unix 时间戳格式存储的日期和时间，这种格式将任何日期表示为数字。一般情况时间戳是从 1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC（协调世界时）开始的 Unix 纪元经过的秒数。我们可以使用 timestamp() 函数计算这个数字：

new_year_2023 = datetime(2022, 12, 31)
datetime.timestamp(new_year_2023)

Output:

1672441200.0

1672441200 就是从 Unix 纪元开始到 2022 年 12 月 31 日之间的秒数。

我们可以使用 fromtimestamp() 函数执行逆运算：

datetime.fromtimestamp(1672441200)

Output:

datetime.datetime(2022, 12, 31, 0, 0)

带日期的算术运算

有时我们可能想要计算两个日期之间的差异或对日期和时间执行其他算术运算。幸运的是，Python 的工具包中有许多工具可以执行此类计算。

基本算术运算

我们可以执行的第一个操作是计算两个日期之间的差异。为此，我们使用减号：

# Instatiate two dates
first_date = date(2022, 1, 1)
second_date = date(2022, 12, 31)
# Difference between two dates
date_diff = second_date - first_date
# Function to convert datetime to string
def dt_string(date, date_format="%B %d, %Y"):
 return date.strftime(date_format)
print(f"The number of days and hours between {dt_string(first_date)} and {dt_string(second_date)} is {date_diff}.")

Output:

The number of days and hours between January 01, 2022 and December 31, 2022 is 364 days, 0:00:00

让我们看看 first_date - second_date 返回什么类型的对象：

type(date_diff)

Output:

datetime.timedelta

此对象的类型是 datetime.timedelta，它的名称中有 delta，指的是一个绿色字母 delta，在科学和工程中，描述了一种变化

如果我们只对两个日期之间的天数感兴趣怎么办？我们可以访问 timedelta 对象的不同属性，其中之一称为 .days。

print(f"The number of days between {dt_string(first_date)} and {dt_string(second_date)} is {(date_diff).days}.")

Output:

The number of days between January 01, 2022 and December 31, 2022 is 364.

timedelta() 时间增量

现在我们知道了 timedelta 对象，是时候介绍 timedelta() 函数了。它允许我们通过加减时间单位（如天、年、周、秒等）对时间对象执行许多算术运算。例如，我们可能想知道从现在起 30 天后是一周中的哪一天。为此，我们必须创建一个表示当前时间的对象和一个定义我们添加到其中的时间量的 timedelta 对象：

# Import timedelta
from datetime import timedelta
# Current time
now = datetime.now()
# timedelta of 30 days
one_month = timedelta(days=30)
# Day in one month/using dt_string function defined above
print(f"The day in 30 days is {dt_string(now + one_month)}.")

Output:

The day in 30 days is March 16, 2022.

如果我们查看 timedelta 函数的帮助页面 (help(timedelta))，我们会看到它有以下参数：days=0, seconds=0, microseconds=0, milliseconds=0, minutes=0, hours= 0，周=0。因此我们还可以练习在日期中添加或减去其他时间单位。例如，我们可以计算 2030 年新年前 12 小时的时间：

# New year 2030
new_year_2030 = datetime(2030, 1, 1, 0, 0)
# timedelta of 12 hours
twelve_hours = timedelta(hours=12)
# Time string of 12 hours before New Year 2023
twelve_hours_before = (new_year_2030 - twelve_hours).strftime("%B %d, %Y, %H:%M:%S")
# Print the time 12 hours before New Year 2023
print(f"The time twelve hours before New Year 2030 will be {twelve_hours_before}.")

Output:

The time twelve hours before New Year 2030 will be December 31, 2029, 12:00:00.

我们还可以组合 timedelta() 函数的多个参数来计算出更具体的时间。例如，从现在起 27 天 3 小时 45 分钟后的时间是多少？

# Current time
now = datetime.now()
# Timedelta of 27 days, 3 hours, and 45 minutes
specific_timedelta = timedelta(days=27, hours=3, minutes=45)
# Time in 27 days, 3 hours, and 45 minutes
twenty_seven_days = (now + specific_timedelta).strftime("%B %d, %Y, %H:%M:%S")
print(f"The time in 27 days, 3 hours, and 45 minutes will be {twenty_seven_days}.")

Output:

The time in 27 days, 3 hours, and 45 minutes will be March 13, 2022, 15:18:39.

relativedelta() 相对增量

我们可以从帮助页面中看到该功能不允许我们使用几个月或几年。为了克服这个限制，我们可以使用 dateutil 包中的 relativedelta 函数。此函数与 timedelta() 非常相似，但它扩展了更多的功能。

例如，我们想从当前时间中减去 2 年 3 个月 4 天 5 小时：

# Import relativedelta
from dateutil.relativedelta import relativedelta
# Current time
now = datetime.now()
# relativedelta object
relative_delta = relativedelta(years=2, months=3, days=4, hours=5)
two_years = (now - relative_delta).strftime("%B %d, %Y, %H:%M:%S")
print(f"The time 2 years, 3 months, 4 days, and 5 hours ago was {two_years}.")

Output:

The time 2 years, 3 months, 4 days, and 5 hours ago was November 10, 2019, 06:33:40.

我们还可以使用 relativedelta() 来计算两个日期时间对象之间的差异：

relativedelta(datetime(2030, 12, 31), now)

Output:

relativedelta(years=+8, months=+10, days=+16, hours=+12, minutes=+26, seconds=+19, microseconds=+728345)

这些算术运算可能看起来非常抽象和不切实际，但实际上，它们在许多应用程序中都很有用。

比如说，我们脚本中的某个操作应该只在特定日期前 30 天执行。我们可以定义一个保存当前时间的变量，并为其添加一个 30 天的 timedelta 对象，如果今天是这一天，就会触发相关操作！

还有，假设我们正在使用 pandas 处理数据集，其中一列包含一些日期。想象一下，我们有一个数据集，其中保存着我们公司一年中的每一天的利润。我们想要创建另一个数据集，该数据集将保存距当前日期正好一年的日期，并预测每一天的利润，此时我们一定会在日期上使用算术计算！

使用时区

下面我们来看一看时区，它们可以有不同的形式。我们还应该知道，一些地区实施夏令时 (DST)，而另一些地区则没有。

Python 区分两种类型的日期和时间对象：naive 和 aware。一个 naive 对象不保存任何有关时区的信息，而 aware 对象则保存了它。

首先，让我们看一个 naive 时间对象：

# Import tzinfo
from datetime import tzinfo
# Naive datetime
naive_datetime = datetime.now()
# Naive datetime doesn't hold any timezone information
type(naive_datetime.tzinfo)

Output:

NoneType

从 Python 3.9 开始，使用 Internet Assigned Numbers Authority 数据库实现了时区的具体实现，实现此功能的模块称为 zoneinfo。

让我们使用 zoneinfo，特别是 ZoneInfo 类创建一个感知日期时间对象，它是 datetime.tzinfo 抽象类的一个实现：

# Import ZoneInfo
from zoneinfo import ZoneInfo
utc_tz = ZoneInfo("UTC")
# Aware datetime object with UTC timezone
dt_utc = datetime.now(tz=utc_tz)
# The type of an aware object implemented with ZoneInfo is zoneinfo.ZoneInfo
type(dt_utc.tzinfo)

Output:

zoneinfo.ZoneInfo

对于拥有 aware 的 datetime 对象具有有关时区的信息（实现为 zoneinfo.ZoneInfo 对象）。

让我们看几个例子，我们想确定中欧和加利福尼亚的当前时间。

首先，我们可以在 `zoneinfo 中列出所有可用的时区：

import zoneinfo
# Will return a long list of timezones (opens many files!)
zoneinfo.available_timezones()

Output:

{'Africa/Abidjan',
'Africa/Accra',
'Africa/Addis_Ababa',
'Africa/Algiers',
'Africa/Asmara',
'Africa/Asmera',
'Africa/Bamako',
'Africa/Bangui',
'Africa/Banjul',
'Africa/Bissau',
'Africa/Blantyre',
'Africa/Brazzaville',
'Africa/Bujumbura',
'Africa/Cairo',
'Africa/Casablanca',
'Africa/Ceuta',
'Africa/Conakry',
'Africa/Dakar',
'Africa/Dar_es_Salaam',
'Africa/Djibouti',
'Africa/Douala',
...
'build/etc/localtime'}

现在我们可以使用 ZoneInfo 来确定不同区域的当前时间：

# Function to convert datetime into ISO formatted time
def iso(time, time_format="%Y-%m-%d %H:%M:%S"):
 return time.strftime(time_format)
# CET time zone
cet_tz = ZoneInfo("Europe/Paris")
# PST time zone
pst_tz = ZoneInfo("America/Los_Angeles")
# Current time in Central Europe
dt_cet = datetime.now(tz=cet_tz)
# Current time in California
dt_pst = datetime.now(tz=pst_tz)
print(f"Current time in Central Europe is {iso(dt_cet)}.")
print(f"Current time in California is {iso(dt_pst)}.")

Output:

Current time in Central Europe is 2022-02-14 11:33:42.
Current time in California is 2022-02-14 02:33:42.

让我们打印 datetime.now(tz=cet_tz)：

print(datetime.now(tz=cet_tz))

Output:

2022-02-14 11:33:43.048967+01:00

我们看到有 +01:00，它表示 UTC 偏移量。事实上，CET 时区比 UTC 早一小时。

此外，ZoneInfo 类处理夏令时。例如，我们可以将一天（24 小时）添加到 DST 更改发生的一天。

# Define timedelta
time_delta = timedelta(days=1)
# November 5, 2022, 3 PM
november_5_2022 = datetime(2022, 11, 5, 15, tzinfo=pst_tz) # Note that we should use tzinfo in the datetime construct
print(november_5_2022)
# Add 1 day to November 5, 2022
print(november_5_2022 + time_delta)

Output:

2022-11-05 15:00:00-07:00
2022-11-06 15:00:00-08:00

正如我们所见，偏移量从 -07:00 变为 -08:00，但时间保持不变（15:00）。

2023 年新年倒数计时器

New Your City 的时代广场在新年前夜吸引了成千上万的人。让我们应用到目前为止所学的一切来为时代广场除夕创建一个倒数计时器！

在这里，我们将使用 dateutil 包中的 tz，它允许我们设置本地时区来演示 dateutil 包的实用程序。但是我们也可以使用 zoneinfo 中的 build/etc/localtime 时区来做同样的事情。

from zoneinfo import ZoneInfo
from dateutil import tz
from datetime import datetime
def main():
 """Main function."""
 # Set current time in our local time zone
 now = datetime.now(tz=tz.tzlocal())
 # New York City time zone
 nyc_tz = ZoneInfo("America/New_York")
 # New Year 2023 in NYC
 new_year_2023 = datetime(2023, 1, 1, 0, 0, tzinfo=nyc_tz)
 # Compute the time left to New Year in NYC
 countdown = relativedelta(new_year_2023, now)
 # Print time left to New Year 2023
 print(f"New Year in New Your City will come on: {new_year_2023.strftime('%B %-d, %Y %H:%M:%S')}.")
 print(f"Time left to New Year 2023 in NYC is: {countdown.months} months, {countdown.days} days, {countdown.hours} hours, {countdown.minutes} minutes, {countdown.seconds} seconds.")
if __name__ == "__main__":
 main()

Output:

New Year in New Your City will come on: January 1, 2023 00:00:00.

Time left to New Year 2023 in NYC is: 10 months, 17 days, 18 hours, 26 minutes, 16 seconds.

我们将代码包装在 main() 函数中，现在我们可以在 .py 文件中使用它。在这个脚本中，我们处理了时区，创建了一个 datetime 对象，使用 strftime() 将其转换为字符串，甚至访问了 relativedelta 对象的时间属性！

好了，这就是今天分享的全部内容，喜欢就点个赞吧~

以上是39個 Python Datetime 小例子，拯救因時間抓狂的你的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！