C言語のtime_tをマスターする15のステップ

はじめに
●C言語とtime_tの基本
- ○C言語とは
- ○time_tとは
●time_tの使い方
●サンプルコードの詳細
●time_tの応用例
●注意点と対処法
●カスタマイズ方法
- ○特定の日時のタイムスタンプを取得
まとめ

はじめに

C言語のtime_tは、日付や時刻を扱うための重要なデータ型で、その活用法は多岐にわたります。しかし、多くの初心者はその使い方に戸惑うことが多いです。

この記事では、C言語のtime_tを効果的に使うための15のステップを具体的に説明します。

明確な説明と実用的なサンプルコードを通じて、初心者でも安心して学べるようになります。

●C言語とtime_tの基本

○C言語とは

C言語は、広く使用されているプログラミング言語で、システムやネットワークのプログラミング、埋め込みシステムの開発など、幅広い場面で活躍します。

特に、ポインタといった独特の概念を理解することで、コンピュータの動作原理を深く理解することが可能です。

○time_tとは

time_tは、C言語で時間を表現するためのデータ型です。

1970年1月1日からの経過秒数を表現するために使用され、これを元に日付や時刻を計算することが可能です。

●time_tの使い方

○time関数の使用

time関数は、現在の日時を取得するための関数です。

下記のコードは、time関数を使って現在の日時を取得する例です。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    time_t now;
    time(&now);

    printf("%ld\n", now);
    return 0;
}

このコードでは、time関数を使って現在の日時を取得し、それを整数として表示しています。

実行すると、1970年1月1日から現在までの経過秒数が表示されます。

○ctime関数の使用

ctime関数は、time_t型の時間を人間が読みやすい形式に変換する関数です。

下記のコードは、ctime関数を使って日時を表示する例です。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    time_t now;
    time(&now);

    printf("%s", ctime(&now));
    return 0;
}

このコードでは、time関数で取得した現在の日時をctime関数で文字列に変換し、それを表示しています。

実行すると、例えば「Wed Jun 30 21:49:08 2007\n」のような形式で現在の日時が表示されます。

○localtime関数の使用

localtime関数は、time_t型の時間を構造体に変換する関数です。

下記のコードは、localtime関数を使って日時を表示する例です。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    time_t now;
    struct tm *local;

    time(&now);
    local = localtime(&now);

    printf("%d-%d-%d %d:%d:%d\n", local->tm_year+1900, local->tm_mon+1, local->tm_mday, local->tm_hour, local->tm_min, local->tm_sec);
    return 0;
}

このコードでは、time関数で取得した現在の日時をlocaltime関数で構造体に変換し、年、月、日、時間、分、秒を表示しています。

実行すると、例えば「2007-6-30 21:49:08」のような形式で現在の日時が表示されます。

○asctime関数の使用

asctime関数は、tm構造体の時間を人間が読みやすい形式に変換する関数です。

下記のコードは、asctime関数を使って日時を表示する例です。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    time_t now;
    struct tm *local;

    time(&now);
    local = localtime(&now);

    printf("%s", asctime(local));
    return 0;
}

このコードでは、localtime関数で取得した現在の日時をasctime関数で文字列に変換し、それを表示しています。

実行すると、例えば「Wed Jun 30 21:49:08 2007\n」のような形式で現在の日時が表示されます。

○mktime関数の使用

mktime関数は、tm構造体の時間をtime_t型の時間に変換する関数です。

下記のコードは、mktime関数を使って特定の日時を作成する例です。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    struct tm t;
    time_t tt;

    t.tm_year = 2020-1900;
    t.tm_mon = 12-1;
    t.tm_mday = 31;
    t.tm_hour = 23;
    t.tm_min = 59;
    t.tm_sec = 59;
    t.tm_isdst = -1;

    tt = mktime(&t);

    printf("%ld\n", tt);
    return 0;
}

このコードでは、mktime関数を使って特定の日時を作成し、それを整数として表示しています。

実行すると、2020年12月31日23時59分59秒の時間を1970年1月1日からの経過秒数として表示します。

●サンプルコードの詳細

以上の基本的な関数の使い方を理解したら、次に具体的な問題解決に使えるサンプルコードを紹介します。

○サンプルコード1：現在の日時を取得

次のコードは、現在の日時を取得するコードです。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    time_t now;
    struct tm *local;

    time(&now);
    local = localtime(&now);

    printf("%d年%d月%d日 %d時%d分%d秒\n", local->tm_year+1900, local->tm_mon+1, local->tm_mday, local->tm_hour, local->tm_min, local->tm_sec);
    return 0;
}

このコードでは、time関数で現在の日時を取得し、それをlocaltime関数で構造体に変換しています。

そして、年、月、日、時間、分、秒を表示しています。

実行すると、例えば「2023年7月23日 12時30分00秒」のように、現在の日時が表示されます。

○サンプルコード2：特定の日時を作成

特定の日時を作成するにはmktime関数を使用します。

この関数は、tm構造体を引数に取り、その構造体が表す日時をtime_t型に変換します。

下記のコードは、mktime関数を使って2024年1月1日の0時0分0秒を表すtime_t型の値を作成する例です。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    struct tm t;
    time_t tt;

    t.tm_year = 2024-1900;
    t.tm_mon = 1-1;
    t.tm_mday = 1;
    t.tm_hour = 0;
    t.tm_min = 0;
    t.tm_sec = 0;
    t.tm_isdst = -1;

    tt = mktime(&t);

    printf("%ld\n", tt);
    return 0;
}

このコードでは、struct tmの各フィールドに直接値を設定しています。

なお、tm_yearは1900年からの年数、tm_monは0から始まる月数を表すため、設定する値からそれぞれ1900年と1月を引く必要があります。

また、tm_isdstフィールドは夏時間が有効かどうかを表すフィールドで、この例では不明を表す-1を設定しています。

これにより、mktime関数が自動的に夏時間を考慮してtime_t型の値を計算します。

このコードを実行すると、2024年1月1日の0時0分0秒を表すtime_t型の値が表示されます。

ただし、これは1970年1月1日からの経過秒数ですので、人間にとって直感的な時間情報ではありません。

そのため、ctime関数やlocaltime関数を使って人間に理解しやすい形式に変換することが一般的です。

たとえば、ctime関数を使って結果を表示するようにした場合、次のようなコードになります。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    struct tm t;
    time_t tt;

    t.tm_year = 2024-1900;
    t.tm_mon = 1-1;
    t.tm_mday = 1;
    t.tm_hour = 0;
    t.tm_min = 0;
    t.tm_sec = 0;
    t.tm_isdst = -1;

    tt = mktime(&t);

    printf("%s", ctime(&tt));
    return 0;
}

このコードを実行すると、「Mon Jan 1 00:00:00 2024\n」といった形式で日時が表示されます。

これにより、作成した日時が2024年1月1日の0時0分0秒であることが直感的にわかります。

○サンプルコード3：日時の比較

time_t型の値は、そのままの状態では一般的な数値として扱えるため、比較演算子を使用して二つの日時を比較することが可能です。

下記のコードは、現在の日時と2024年1月1日を比較し、現在の日時が2024年1月1日より前かどうかを判定する例です。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    struct tm t;
    time_t now, future;

    time(&now);

    t.tm_year = 2024-1900;
    t.tm_mon = 1-1;
    t.tm_mday = 1;
    t.tm_hour = 0;
    t.tm_min = 0;
    t.tm_sec = 0;
    t.tm_isdst = -1;

    future = mktime(&t);

    if (now < future) {
        printf("現在の日時は2024年1月1日より前です。\n");
    } else {
        printf("現在の日時は2024年1月1日以降です。\n");
    }

    return 0;
}

このコードでは、まず現在の日時を取得し、次に2024年1月1日の日時を作成しています。

そして、二つの日時を比較し、現在の日時が2024年1月1日より前かどうかを表示しています。

このコードを実行すると、「現在の日時は2024年1月1日より前です。」または「現在の日時は2024年1月1日以降です。」と表示されます。

○サンプルコード4：日時の加算と減算

time_t型の値は秒単位で表されるため、日時の加算や減算を行うには適切な秒数を加えたり引いたりします。

下記のコードは、現在の日時に1日（24時間）を加える例です。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    time_t now, future;

    time(&now);
    future = now + 24*60*60;

    printf("現在の日時: %s", ctime(&now));
    printf("1日後の日時: %s", ctime(&future));

    return 0;
}

このコードでは、まず現在の日時を取得し、次に1日を秒単位で表した値を加えて1日後の日時を作成しています。

そして、現在の日時と1日後の日時を表示しています。

このコードを実行すると、「現在の日時: …」と「1日後の日時: …」の2行が表示され、それぞれ現在の日時と1日後の日時が確認できます。

○サンプルコード5：日時の表示形式のカスタマイズ

日時の表示形式をカスタマイズするためには、strftime関数を使用します。

strftime関数は、時間を表す構造体を特定の形式に従って文字列に変換する関数です。

下記のコードは、現在の日時を「YYYY年MM月DD日 HH時MM分SS秒」の形式で表示する例です。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    time_t now;
    struct tm *t;
    char buf[256];

    time(&now);
    t = localtime(&now);

    strftime(buf, sizeof(buf), "%Y年%m月%d日 %H時%M分%S秒", t);
    printf("%s\n", buf);

    return 0;
}

このコードでは、まず現在の日時を取得し、次にlocaltime関数でtime_t型の値をstruct tm型の構造体に変換しています。

そして、strftime関数で構造体を「%Y年%m月%d日 %H時%M分%S秒」という形式の文字列に変換しています。

ここで、%Yは年を4桁で、%mは月を2桁で、%dは日を2桁で、%Hは時間を2桁で、%Mは分を2桁で、%Sは秒を2桁で表示します。

最後に、変換した文字列をprintf関数で表示しています。

このコードを実行すると、「2023年07月23日 12時34分56秒」という形式で現在の日時が表示されます。

このように、strftime関数を使用すると、必要に応じて日時の表示形式をカスタマイズすることができます。

なお、strftime関数ではさまざまな書式指定子を使用することが可能で、それぞれ異なる日時情報を表示します。

例えば、%aは曜日の省略名（日本語環境では「日」から「土」）、%bは月の省略名（日本語環境では「1」から「12」）、%cは日付と時間を表すロケールに依存する文字列などを表示します。

これらの書式指定子を組み合わせることで、より複雑な日時の表示形式を作成することが可能です。

たとえば、次のコードは現在の日時を「YYYY年MM月DD日(WEEK) HH時MM分SS秒」の形式で表示する例です。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    time_t now;
    struct tm *t;
    char buf[256];

    time(&now);
    t = localtime(&now);

    strftime(buf, sizeof(buf), "%Y年%m月%d日(%a) %H時%M分%S秒", t);
    printf("%s\n", buf);

    return 0;
}

このコードを実行すると、「2023年07月23日(日) 12時34分56秒」という形式で現在の日時が表示されます。

このように、strftime関数の書式指定子を活用することで、日時の表示形式を自由にカスタマイズできます。

●time_tの応用例

C言語のtime_tは、その基本的な使用方法からさらに応用して様々な場面で使うことができます。

特に、プログラミングにおいて時間は欠かすことができない要素であり、time_tを使った時間の取得や設定は重要なスキルとなります。

今回は、時間の経過の測定、日付計算機能の作成、タイマー機能の作成、アラーム機能の作成、タイムスタンプの利用という5つの具体的な応用例を通して、C言語のtime_tをより深く理解しましょう。

○サンプルコード6：時間経過の測定

時間経過の測定は、処理時間の計測やパフォーマンスのチューニングなど、プログラムの性能を評価するために必要なスキルです。

このコードでは、time関数を使用してプログラムの処理時間を計測しています。

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main() {
    time_t start, end;
    double diff;
    int i;

    start = time(NULL);

    // 何かの処理
    for (i = 0; i < 100000000; i++) {
    }

    end = time(NULL);
    diff = difftime(end, start);

    printf("処理時間: %.0f秒\n", diff);

    return 0;
}

この例では、まずtime関数で現在の時間を取得し、それをstart変数に保存します。

次に何らかの処理（ここではforループを使った処理）を行った後、再度time関数で時間を取得し、それをend変数に保存します。

最後にdifftime関数を使ってendとstartの差（つまり処理にかかった時間）を計算し、それを表示しています。

○サンプルコード7：日付計算機能の作成

C言語のtime_tとmktime関数を使えば、日付の計算も可能です。

このコードでは、指定した日数後の日付を求める機能を実装しています。

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main() {
    time_t now;
    struct tm *tm;
    int days;

    printf("何日後の日付を知りたいですか？ ");
    scanf("%d", &days);

    now = time(NULL);
    tm = localtime(&now);

    // 指定した日数だけ進める
    tm->tm_mday += days;
    mktime(tm);

    printf("%d日後の日付は %d年%d月%d日です\n", days, tm->tm_year + 1900, tm->tm_mon + 1, tm->tm_mday);

    return 0;
}

このコードでは、まずユーザから日数を入力してもらい、それをdays変数に保存します。

次に、localtime関数を使って現在の日付を取得し、それをtm構造体に保存します。

その後、tm構造体のtm_mdayメンバ（日にちを表す）にユーザから入力した日数を加え、その結果を再びmktime関数で正規化します。最後に新しい日付を表示しています。

○サンプルコード8：タイマー機能の作成

time_tを使うと、簡単にタイマー機能を実装することもできます。

次のコードは、指定した時間が経過すると通知するシンプルなタイマーを作成します。

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    time_t start, now;
    int seconds;

    printf("何秒タイマーをセットしますか？ ");
    scanf("%d", &seconds);

    start = time(NULL);

    do {
        now = time(NULL);
    } while (difftime(now, start) < seconds);

    printf("%d秒経過しました！\n", seconds);

    return 0;
}

このコードでは、ユーザからタイマーの秒数を入力してもらい、それをseconds変数に保存します。

次に、time関数で現在の時間を取得し、それをstart変数に保存します。

その後、do-whileループを使って、現在の時間とstartの差がユーザから入力した秒数より小さい間、ループを続けます。

ループが終わったら（つまり指定した秒数が経過したら）、メッセージを表示します。

○サンプルコード9：アラーム機能の作成

今回のアラーム機能は、指定した時間が来たら通知を出すという機能を作成します。

具体的には、現在時刻と指定したアラーム時刻を比較し、アラーム時刻が現在時刻と等しくなったときに、メッセージを表示するプログラムを作ります。

#include<stdio.h>
#include<time.h>
#include<stdlib.h>

void alarm(int hours, int minutes, int seconds) {
    time_t rawtime;
    struct tm *timeinfo;

    while(1) {
        time(&rawtime);
        timeinfo = localtime(&rawtime);
        if (timeinfo->tm_hour == hours && timeinfo->tm_min == minutes && timeinfo->tm_sec == seconds) {
            printf("アラームが鳴ります！\n");
            break;
        }
    }
}

int main() {
    alarm(10, 30, 0); //10:30:00にアラームを設定
    return 0;
}

上記のサンプルコードでは、アラームをセットする関数を定義しています。

この関数では無限ループの中で、現在の時間と指定した時間を比較し、一致したらメッセージを表示してループから抜け出します。

メイン関数の中で、このアラーム関数を呼び出して、アラームの時間を指定しています。

具体的には、「alarm(10, 30, 0);」という行では、アラームを午前10時30分に設定しています。

このプログラムを実行すると、設定したアラーム時間になると”アラームが鳴ります！”というメッセージが表示されます。

ただし、このサンプルコードではプログラムが終了するまでCPUリソースを占有し続けますので、実際のアプリケーションでの使用には注意が必要です。

次に、指定した時間が過ぎたらメッセージを表示する、より簡易的なタイマーのようなアラーム機能を作る例を見てみましょう。

#include<stdio.h>
#include<time.h>
#include<stdlib.h>

void timer_alarm(int seconds) {
    time_t start_time, current_time;
    time(&start_time);

    while(1) {
        time(&current_time);
        if (difftime(current_time, start_time) >= seconds) {
            printf("指定した時間が経過しました！\n");
            break;
        }
    }
}

int main() {
    timer_alarm(10); //10秒後にアラームを設定
    return 0;
}

このコードでは、指定した秒数後にメッセージを表示するアラーム機能を作成しています。

開始時刻と現在時刻を取得し、その差が指定した秒数以上になったらメッセージを表示するという流れです。

メイン関数で「timer_alarm(10);」と指定すれば、10秒後にメッセージが表示されます。

このコードも先程と同様、CPUリソースを占有し続けますので、実際のアプリケーションでの使用には工夫が必要です。

○サンプルコード10：タイムスタンプの利用

タイムスタンプは、特定の時点を一意に表すための情報です。

Unixタイムスタンプは、1970年1月1日（UTC）からの経過秒数として定義されています。

このセクションでは、time関数とctime関数を使って、現在のタイムスタンプを取得し、人間が理解しやすい形式で表示する方法を紹介します。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    // 現在のタイムスタンプを取得
    time_t now = time(NULL);
    printf("タイムスタンプ: %ld\n", now);

    // タイムスタンプを人間が理解しやすい形式に変換
    char* dt = ctime(&now);
    printf("日付と時刻: %s", dt);

    return 0;
}

このコードでは、まずtime(NULL)を使って現在のタイムスタンプ（経過秒数）を取得しています。

この値はtime_t型の変数nowに格納され、printf関数で表示されます。

その後、ctime関数を使用して、タイムスタンプを人間が理解しやすい日付と時刻の形式に変換します

変換結果はchar*型の変数dtに格納され、printf関数で表示されます。

このコードを実行すると、次のような出力結果が得られます。

タイムスタンプ: 1686206433
日付と時刻: Sat Jul  7 00:27:13 2023

上記出力は実行時の環境に依存します。

タイムスタンプの数値は実行した時刻によって変わりますし、表示される日付と時刻も実行環境のタイムゾーン設定によります。

●注意点と対処法

C言語のtime_tと関連関数を使用する際のいくつかの注意点を挙げます。

①time_tの範囲

time_tは通常、long intとして定義されています。

そのため、2038年1月19日以降の時刻を扱うと問題が発生する可能性があります。

これを避けるためには、64ビットのtime_tをサポートしているシステムを使用するか、他の日付時間ライブラリを使用します。

②NULLポインタ

time関数やctime関数などの関数にNULLポインタを渡すと、未定義の挙動を引き起こす可能性があります。

常に有効なポインタを渡すように注意しましょう。

③マルチスレッド

ctime関数は内部的に静的なバッファを使用します。

そのため、マルチスレッド環境ではスレッドセーフではありません。

スレッドセーフな関数であるctime_rを使用しましょう。

●カスタマイズ方法

次に、time_tを使用して時間をカスタマイズする方法を示します。

○特定の日時のタイムスタンプを取得

特定の日時のタイムスタンプを取得するためには、mktime関数を使用します。

次のサンプルコードでは、2023年7月23日の0時0分のタイムスタンプを取得します。

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    struct tm t;

    t.tm_year = 2023-1900;  // 年を設定（年 - 1900）
    t.tm_mon = 7-1;        // 月を設定（0から始まるので7月は6）
    t.tm_mday = 23;        // 日を設定
    t.tm_hour = 0;         // 時を設定
    t.tm_min = 0;          // 分を設定
    t.tm_sec = 0;          // 秒を設定
    t.tm_isdst = -1;       // 夏時間を設定（-1はシステムに任せる）

    time_t timeSinceEpoch = mktime(&t);

    printf("%ld\n", timeSinceEpoch);

    return 0;
}

これにより、指定した日時のタイムスタンプを取得することができます。

具体的な値は実行環境のタイムゾーン設定に依存します。

以上で、C言語のtime_tを使った時間の取得や設定の基本的な方法とその応用を紹介しました。

これらの知識を活かして、自身のプログラムに時間の取扱いを組み込んでみてください。