Unix、UTC、GPS时间戳及转换

UTC时间
UTC时间的英文全称：Universal Time Coordinated，中文名称：协调世界时。俗的明白为，这个时间是全世界通用的，即全世界都公用的一个时间。可以认为格林威治时间就是时间协调时间（GMT=UTC），格林威治时间和UTC时间均用秒数来计算的。
起始时间为：1970年1月1日
北京时间：UTC+8

本地时间
计算机体现的时间
本地时间 = UTC 时间 + 时区 （北京时间是东八区，也就是 +8小时）
UTC + 时区差 ＝ 本地时间
时区差东为正，西为负。在此，把东八区时区差记为 +0800，

UNIX时间
在计算机中看到的UTC时间都是从（1970年01月01日 0:00:00)开始计算秒数的。所看到的UTC时间那就是从1970年这个时间点起到具体时间共有多少秒。 这个秒数就是Unix时间戳，与时区无关。应用于大多数Unix系统（linux，Ubuntu，ros）
考虑到闰秒的话，更精确的定义为从协调世界时(UTC时间)1970年1月1日0时0分0秒起至现在颠末闰秒调解之后的总秒数。
所以Unix时间转换为本地时间，应该先将 Unix时间转换为UTC时间（UTC是0时区的时间），然后再将UTC时间转换为本地时间：
Unix时间戳转换为本地时间的在线工具

GPS时间系统
GPS使用UTC原子钟时间，起始时间为：1980年1月6日；

1. 与unix两者相差：err=315964800秒
3. GPS时间表示：周数Weeks和周内秒Secs,转成秒：
5. sec = Weeks *7 * 24 * 3600 +Secs
7. 和ros的时间转为同一时间基准：
9. s = sec + err - 闰秒次数
11. 即
12. unix_timestamp = gps_timestamp + 315964800 - LEAPSEC
14. 其中315964800 为两个时间起始相差的固定秒数
15. LEAPSEC ：闰秒

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GPS时间系统接纳原子时AT1秒长作时间基准，秒长定义为铯原子CS133基态的两个超精致能级间跃迁辐射振荡9192631170周所持续的时间。
时间起算的原点定义在1980年1月6日世界协调时UTC0时，启动后不跳秒，保证时间的连续。以后随着时间积累，GPS时与UTC时的整秒差以及秒以下的差异通过期间服务部分定期公布。
GPS卫星广播星历接纳WGS-84（G873）世界大地坐标系
闰秒
闰秒是在协调世界时（UTC）中增长或减少一秒，使得UTC时与原子时[5]之间的差不超过0.9秒。
需要闰秒的部分原因是因为一个太阳日并不总是86400秒。当要增长正闰秒时，这一秒是增长在第二天的00:00:00之前，效果是延缓UTC第二天的开始。当天23:59:59的下一秒被记为23:59:60，然后才是第二天的00:00:00。如果是负闰秒的话，23:59:58的下一秒就是第二天的00:00:00了，但现在还没有负闰秒调解的需求。
最近的一次添加闰秒是在2016年12月31日23:59:60。
闰秒是对“协调世界时”(UTC)所做出的基本调解，以便令其与太阳时间保持同步。
2016年7月6日，法国国际地球自转构造发布公告：国际标定时间将在格林尼治时间2016年12月31日23时59分59秒实施一个正闰秒，即增长1秒，届时将出现59分60秒的特别征象。由于北京处于东8区，所以中国将在2017年1月1日7：59：59后面增长1秒，出现7：59：60的特别征象。2016年最后一天，环球多一秒！
一样平常来说，闰秒会被添加在某一年的6月30日大概12月31日。两次闰秒之间的时间间隔并不固定，最短的一次只隔了6个月，最长的一次隔了7年。多出来的一秒对于平凡人的生活或许没有太多影响，但是对于时间连续精度有严格要求的航天、通讯、金融等领域有很大影响。好比一秒钟，飞船已经飞过了8公里！
本次闰秒调解后UTC时间与GPS时间的差将变为18秒，即UTC相对于GPS时慢了18秒。
UTC时间转UNIX时间戳
UTC时间转换成UNIX时间戳的方法其实很简朴，因为此条件下输入的年代日是固定的。因此对于这个题目， 我们可以直接按照年代日时分的情势进行计算， 统计每它们的秒数之和。最后加入最后的秒数就可以得到当前的UNIX 时间戳了。我们知道闰年的秒数为31622400s，平年的秒数为31536000s。
步伐的计划思绪为：
1） 统计从1970年至今一共过了多少平年，多少闰年，统计完成之后，根据闰年宁静年的秒数计算出从1970年1月1日至本年一共颠末了多少秒。
2） 计算出当前年份是平年还是闰年， 以此推算出从年初到上个月已往了多少天。计算完成之后，可以将本月的到昨天的天数一起统计进来，最终可以将年代日三个单位的秒数一起统计出来。
3） 将剩余的时分秒利用同样的方式进行累加，最终得出当前的UNIX时间戳。
具体代码如下：

1. #include <stdio.h>
2. #include "timex_test1.h"
3. time_tt stCurrentTime;
5. int main(void)
6. {
7.   stCurrentTime.year = 2023;
8.   stCurrentTime.month = 4;
9.   stCurrentTime.date = 13;
10.   stCurrentTime.hour = 9;
11.   stCurrentTime.minute = 30;
12.   stCurrentTime.second = 3;
13.   printf("%ds", UTCToUnixTimeStamp(&stCurrentTime));
14.   return 0;
15. }
17. UnixTimeStamp_t UTCToUnixTimeStamp(time_tt *time)
18. {
19.   int FlatYearMonthDay[13] = {0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
20.   int LeapYearMonthDay[13] = {0, 31, 29, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
21.   time_tt *tempTime;        //定义临时变量存储时间int i;
22.   tempTime = time;        //指向传入参数
23.   int LeapYearNumber;                //闰年
24.   int FlatYearNumber; //平年
25.   int ThisYear;
26.   int LastMonDays = 0;
27.   UnixTimeStamp_t TimeStamp = 0;
29. /*step1: 统计从1970年至今年，一共包含多少平年和闰年，并且计算其总秒数*/
30. for ( i = UNIX_TIME_STAMP_YEAR; i < tempTime->year; i ++ )
31. {
32.   if((((i % 4) == 0) && ((i % 100) != 0)) || ((i % 400) == 0))
33.   {
34.     LeapYearNumber ++;
35.   }
36.   else
37.   {
38.     FlatYearNumber ++;
39.   }
40. }
41. TimeStamp = LeapYearNumber * 31622400 + FlatYearNumber * 31536000;
43. /*step2: 判断今年是平年还是闰年*/
44. if((((tempTime->year % 4) == 0) && ((tempTime->year % 100) != 0)) || ((tempTime->year % 400) ==0))
45. {
46.   ThisYear = LEAP_YEAR;
47. }
48. else
49. {
50.   ThisYear = FLAT_YEAR;
51. }
53. for ( i = 1; i < tempTime->month; i ++)
54. {
55.   if(ThisYear == LEAP_YEAR)
56.   {
57.     LastMonDays += LeapYearMonthDay[i];
58.   }
59.   else if(ThisYear == FLAT_YEAR)
60.   {
61.     LastMonDays += FlatYearMonthDay[i];
62.   }
63. }
64. LastMonDays = LastMonDays + tempTime->date - 1; //统计当月到昨天为止的天数TimeStamp += LastMonDays * 86400;
66. /*step3. 计算出剩余的时分秒*/
67. TimeStamp += tempTime->hour * 3600;
68. TimeStamp += tempTime->minute * 60;
69. TimeStamp += tempTime->second;
70. return TimeStamp;
71. }

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timex_test1.h

1. #ifndef   __TIMEX_TEST1_H_
2. #define   __TIMEX_TEST1_H_
4. #define UNIX_TIME_STAMP_YEAR  1970
5. #define LEAP_YEAR             1
6. #define FLAT_YEAR             0
7. typedef struct timex_test1
8. {
9.   int year;
10.   int month;
11.   int date;
12.   int hour;
13.   int minute;
14.   int second;
15. } time_tt;
17. typedef unsigned int UnixTimeStamp_t;
18. UnixTimeStamp_t UTCToUnixTimeStamp(time_tt *time);
19. #endif

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UNIX时间转UTC时间戳
1）时分秒的转换
当UNIX时间戳的计数值小于86400（24h）的时候，我们很轻易就能写出转换成UTC时间的步伐， 因为小时数就是“UnixTimeStamp” 对3200 取模， 分数就是将不能凑满小时的“UnixTimeStamp” 对60 取模， 剩余不能凑满分数的“UnixTimeStamp” 即为当前时间的秒数。
2）年代日的转换
接下来，我们将要再对“日”的上一层单位进行讨论，即“月”数值，这也将是这个步伐最为复杂的一部分内容。
这个复杂点主要体现在两个方面：
（1） 每个月的天数不等。众所周知，一年中每个月的天数都是不同的，1，3，5，7，8， 10，12为大月，一个月有31天；4，6，9，11为小月，一个月有30天。
（2） 闰年平年的影响。由于公历的偏差，导致了一年中最为特别的一个月份2月，当此年为闰年时，2月份有29天，此年为平年时，2月份有28天。
上面两个原因，导致了年代日计算的复杂性。
但是，困难只是表面上的，我们细致思索下，就很轻易得出规律。这个规律的突破口即为闰年出现的时间， 因为闰年每四年出现一次， 那么我们可以列出从1970 年开始的几个年份。如下图所示：

由于闰年每四年出现一次，因此我们由图3中可以得出一个简朴方法，即可以从1790年开始，每四年组成一个集合，每一个集合的都是由1年闰年加上3年平年组成的，它们的时间都是相等的，即126230400秒。
因此这个月数的求解步调就可以变为：
（1） 计算从1970 年开始到当前的UNIX时间戳为止， 一共过了多少个“ 集合年（ 平年+ 闰年）”；
（2） 计算出当前的UNIX时间戳位于本“集合年“的哪一年，这样就可以判断当年年份是平年
还是闰年；
（3） 判断了当前年份是平年还是闰年之后，就可以推算出2月份有多少天，然后可以根据上述的递归法，求解出当前位于某一月，某一天。
所以，我们先求出当前的年份，得出当前年份之后， 我们就可以很轻易使用“ 能被4 整除且不能被100 整除， 大概能被400 整除的年份是闰年”这一条规则算出当年年份是闰年还是平年。接着， 我们可以直接将当前年份剩余的时间戳连合平年还是闰年， 查表计算出当前的月份。

1. #include <stdio.h>
2. #include "timex_test2.h"
3. utc_t UtcTime;
4. int main(void)
5. {
6.   int retVal;
7.   int u32UnixTimeStamp = 0; int hour, minute, sec;
8.   int flat_year_month_day[13] = {0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
9.   int leap_year_month_day[13] = {0, 31, 29, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
10.   int year_temp = 0;
11.   int day_temp = 0;
12.   unsigned int cnt_temp = 0;
13.   int is_leap_or_flat_year; int i;
14.   printf("input the UNIX time stamp:");
15.   scanf("%d", &u32UnixTimeStamp);
17.   cnt_temp = u32UnixTimeStamp;
18. /*判断当前UNIX时间戳经过了多少个4年*/
19.   while(cnt_temp >= 126230400)
20.   {
21.     year_temp ++;
22.     cnt_temp = cnt_temp - 126230400;
23.   }
24.   /*计算出当前的4年周期起始年份*/
25.   UtcTime.year = UNIX_TIME_YEAR + (4 * year_temp);
26.   /*计算出当前的年份*/
27.   /*这部分代码可使用循环做精简，为了直观，我将其写开*/
28.   if(cnt_temp >= 31536000)
29.   {
30.     UtcTime.year ++;
31.     cnt_temp -= 31536000;
32.     /*Flat year*/
33.     if(cnt_temp >= 31536000)
34.     {
35.       UtcTime.year ++;
36.       cnt_temp -= 31536000;
37.     /*Leap year*/
38.     if(cnt_temp >= 31622400)
39.     {
40.       UtcTime.year ++;
41.       cnt_temp -= 31622400;
42.     /*Flat year*/
43.     if(cnt_temp >= 31536000)
44.     {
45.       UtcTime.year ++;
46.       cnt_temp -= 31536000;
47.     }
48.     }
49.     }
51. /*计算当前年份是平年还是闰年*/
52. if((((UtcTime.year % 4) == 0) && ((UtcTime.year % 100) != 0)) || ((UtcTime.year % 4) ==0))
53. {
54.   is_leap_or_flat_year = LEAP_YEAR;
55. }
56. else
57. {
58.   is_leap_or_flat_year = FLAT_YEAR;
59. }
60. /*计算出不足一年剩余的天数*/
61. day_temp = cnt_temp / 86400;
63. /*剩余不足86400s的时间戳，计算出时间*/
64. UtcTime.hour = (cnt_temp - day_temp * 86400) / 3600;        //Calculate hours
65. UtcTime.minute = (cnt_temp - day_temp * 86400 - UtcTime.hour * 3600) / 60; //Calculate minutes
66. UtcTime.second = cnt_temp % 60;
68. /*将天数结合平年还是闰年查表计算出当前的月份*/
69. if(is_leap_or_flat_year == FLAT_YEAR)
70. {
71.   if(day_temp >= flat_year_month_day[i + 1])
72.   {
73.     UtcTime.month ++;
74.     day_temp -= flat_year_month_day[i + 1];
75.   }
76. }
77. else if(is_leap_or_flat_year == LEAP_YEAR)
78. {
79.   if(day_temp >= leap_year_month_day[i + 1])
80.   {
81.     UtcTime.month ++;
82.     day_temp -= leap_year_month_day[i + 1];
83.   }
84. }
85. }
87. /*由于天数从1开始，因此需要加1*/
88. UtcTime.date = day_temp + 1;
89. printf("\nTime transform successfully\n");
90. printf("++++++++++++++++++++++++++++++++++\n");
91. printf("\nUTC time is : %dy - %dm - %dd\n", UtcTime.year, UtcTime.month, UtcTime.date);
92. printf("\nUTC time is : %dh - %dm : %ds\n", UtcTime.hour, UtcTime.minute, UtcTime.second);
93. printf("++++++++++++++++++++++++++++++++++\n");
94. printf("\n");
95. printf("\n");
96. return 0;
97. }

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timex_test2.h

1. #ifndef   __TIMEX_H_
2. #define   __TIMEX_H_
4. /*定义UTC时间结构体类型*/
5. typedef struct
6. {
7. int year;
8. int month;
9. int date;
10. int hour;
11. int minute;
12. int second;
13. } utc_t;
15. /*定义UNIX时间戳的起始UNIX时间*/
16. #define UNIX_TIME_YEAR        1970
17. #define UNIX_TIME_MONTH        1
18. #define UNIX_TIME_DATE        1
19. #define UNIX_TIME_HOUR        0
20. #define UNIX_TIME_MINIUTE        0
21. #define UNIX_TIME_SECOND        0
22. #define LEAP_YEAR        1
23. #define FLAT_YEAR
25. #endif

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