.Net DateTime 与本地时间和 DST

Question

恐怕我不太了解 .Net 的 DateTime 类如何处理本地时间戳（我住在德国，所以我的语言环境是 de_DE）。也许有人可以启发我一点;-)

DateTime 构造函数可以用年、月等参数调用。此外，还可以提供 DateTimeKind 值 Local、Utc 或 Unspecified（=default）。

例子：

DateTime a = new DateTime(2015, 03, 29, 02, 30, 00, DateTimeKind.Local);
DateTime b = new DateTime(2015, 03, 29, 02, 30, 00, DateTimeKind.Utc);
DateTime c = new DateTime(2015, 03, 29, 02, 30, 00, DateTimeKind.Unspecified);
DateTime d = new DateTime(2015, 03, 29, 02, 30, 00);

根据定义，值 c 和 d 是相同的。但是，如果我将所有内容相互比较，所有四个都是相同的。在 VS 的调试器中检查对象显示Ticks 值（以及InternalTicks）对于所有对象都是相同的。但是，内部dateData 值不同，但显然被比较运算符忽略了。

您可能已经注意到，我为今年 3 月 29 日凌晨 02:30 构建了一个值。这个时间点在我们的时区中不存在，因为它通过切换到夏令时被跳过。所以我原以为构造对象a会得到一个异常，但这并没有发生。

此外，DateTime 有一个方法ToUniversalTime() 将解释为本地时间的值转换为等效的 UTC 值。为了测试，我运行了一个循环如下：

DateTime dt = new DateTime(2015, 03, 29, 01, 58, 00, DateTimeKind.Local);
DateTime dtEnd = new DateTime(2015, 03, 29, 03, 03, 00, DateTimeKind.Local);
while (dt < dtEnd)
{
    Log(" Localtime " + dt + " converted to UTC is " + dt.ToUniversalTime());
    dt = dt.AddMinutes(1);
}

结果是：

Localtime 29.03.2015 01:58:00 converted to UTC is 29.03.2015 00:58:00
Localtime 29.03.2015 01:59:00 converted to UTC is 29.03.2015 00:59:00
Localtime 29.03.2015 02:00:00 converted to UTC is 29.03.2015 01:00:00
Localtime 29.03.2015 02:01:00 converted to UTC is 29.03.2015 01:01:00
Localtime 29.03.2015 02:02:00 converted to UTC is 29.03.2015 01:02:00
...
Localtime 29.03.2015 02:58:00 converted to UTC is 29.03.2015 01:58:00
Localtime 29.03.2015 02:59:00 converted to UTC is 29.03.2015 01:59:00
Localtime 29.03.2015 03:00:00 converted to UTC is 29.03.2015 01:00:00
Localtime 29.03.2015 03:01:00 converted to UTC is 29.03.2015 01:01:00
Localtime 29.03.2015 03:02:00 converted to UTC is 29.03.2015 01:02:00

因此，.Net 将不存在的时间戳从本地时间转换为 UTC 没有问题。此外，向现有的本地时间戳添加一分钟不是本地感知的，并且会提供一个不存在的时间戳。

因此，添加 64 分钟后，转换后的 UTC 时间戳仅比之前大 4 分钟。

换句话说，本地时间和UTC之间的转换应该是一个双射，在合法的时间戳值之间给出一一对应的关系。

长话短说：我如何以预期的方式正确处理这个问题（根据.Net）？如果没有正确考虑，拥有DateTimeKind 是什么意思？我什至不敢问如何处理闰秒（23:59:60）;-)

Answer 1

是的，.NET 中的 DateTime 类型非常混乱，正如您所看到的，因为它不支持时区、多个日历和许多其他有用的概念（例如间隔等）的概念。

更好一点的是DateTimeOffset 类型，它添加了时区偏移信息。 DateTimeOffset 将允许您更准确地表示您在问题中显示的时间，并且比较将考虑时区偏移量。但这种类型也不是完美的。它仍然不支持真正的时区信息，只支持偏移量。因此无法执行复杂的 DST 计算或支持高级日历。

如需更彻底的解决方案，您可以使用NodaTime

Answer 2

迈克的回答很好。是的，DateTimeOffset 几乎总是比DateTime 更受欢迎（但不是所有 场景），Noda Time 在许多方面都非常优越。不过，我可以添加更多细节来解决您的问题和意见。

首先，MSDN has this to say：

UTC 时间适用于计算、比较以及将日期和时间存储在文件中。本地时间适合在桌面应用程序的用户界面中显示。时区感知应用程序（例如许多 Web 应用程序）还需要与许多其他时区一起工作。

...

时区之间的转换操作（例如 UTC 和本地时间之间，或一个时区和另一个时区之间）考虑夏令时，但算术和比较操作不考虑。

由此我们可以得出结论，您提供的测试无效，因为它使用本地时间执行计算。它的有用之处仅在于它突出了 API 如何允许您打破其自己的文档化指南。一般来说，由于从 02:00 到 03:00 之前的时间在该日期的当地时区中不存在，因此除非通过数学方法（例如通过每日重复）获得，否则在现实世界中不太可能遇到没有考虑 DST 的模式。

顺便说一句，Noda Time 解决此问题的部分是 ZoneLocalMappingResolver，当通过 localDateTime.InZone 方法将 LocalDateTime 转换为 ZonedDateTime 时使用它。有一些合理的默认值，例如 InZoneStrictly 或 InZoneLeniently，但它不只是像您用 DateTime 说明的那样默默地移动。

关于你的断言：

换句话说，本地时间和UTC之间的转换应该是一个双射，在合法的时间戳值之间给出一一对应的关系。

实际上，它不是双射。 （the definition of bijection on Wikipedia，它不满足标准 3 或 4。）只有在 UTC 到本地方向的转换是一个函数。本地到 UTC 方向的转换在弹簧向前 DST 转换期间具有不连续性，并且在回退 DST 转换期间具有歧义。您可能希望查看图表in the DST tag wiki。

回答您的具体问题：

我如何以预期的方式正确处理这个问题（根据 .Net）？

DateTime dt = new DateTime(2015, 03, 29, 01, 58, 00, DateTimeKind.Local);
DateTime dtEnd = new DateTime(2015, 03, 29, 03, 03, 00, DateTimeKind.Local);

// I'm putting this here in case you want to work with a different time zone
TimeZoneInfo tz = TimeZoneInfo.Local; // you would change this variable here

// Create DateTimeOffset wrappers so the offset doesn't get lost
DateTimeOffset dto = new DateTimeOffset(dt, tz.GetUtcOffset(dt));
DateTimeOffset dtoEnd = new DateTimeOffset(dtEnd, tz.GetUtcOffset(dtEnd));

// Or, if you're only going to work with the local time zone, you can use
// this constructor, which assumes TimeZoneInfo.Local
//DateTimeOffset dto = new DateTimeOffset(dt);
//DateTimeOffset dtoEnd = new DateTimeOffset(dtEnd);

while (dto < dtoEnd)
{
    Log(" Localtime " + dto + " converted to UTC is " + dto.ToUniversalTime());

    // Math with DateTimeOffset is safe in instantaneous time,
    // but it might not leave you at the desired offset by local time.
    dto = dto.AddMinutes(1);

    // The offset might have changed in the local zone.
    // Adjust it by either of the following (with identical effect).
    dto = TimeZoneInfo.ConvertTime(dto, tz);
    //dto = dto.ToOffset(tz.GetUtcOffset(dto));
}

如果没有正确考虑，拥有 DateTimeKind 有什么意义？

最初，DateTime 没有种类。它表现得好像种类未指定。 DateTimeKind 是在 .NET 2.0 中添加的。

它涵盖的主要用例是防止双重转换。例如：

DateTime result = DateTime.UtcNow.ToUniversalTime();

或

DateTime result = DateTime.Now.ToLocalTime();

在 .NET 2.0 之前，这些都会导致错误数据，因为 ToUniversalTime 和 ToLocalTime 方法必须假设输入值没有转换。它会盲目地应用时区偏移量，即使该值已经在所需的时区中。

还有一些其他的边缘情况，但这是主要的。此外，还有一个隐藏的 第四种 类，用于使以下内容在回退转换期间仍能支持模棱两可的值。

DateTime now = DateTime.Now;
Assert.True(now.ToUniversalTime().ToLocalTime() == now);

Jon Skeet 有 a good blog post about this，您现在也可以在 the .NET Reference sources 或 the new coreclr sources 的 cmets 中看到它的讨论。

我什至不敢问如何处理闰秒（23:59:60）;-)

.NET 实际上根本不支持闰秒，包括当前版本的 Noda Time。它们也不受任何 Win32 API 的支持，您也永远不会在 Windows 时钟上观察到闰秒。

在 Windows 中，闰秒通过 NTP 同步应用。时钟滴答作响，就好像闰秒没有发生一样，在下一次时钟同步期间，时间被调整并被吸收。下面是下一个闰秒的样子：

Real World              Windows
--------------------    --------------------
2015-06-30T23:59:58Z    2015-06-30T23:59:58Z
2015-06-30T23:59:59Z    2015-06-30T23:59:59Z
2015-06-30T23:59:60Z    2015-07-01T00:00:00Z   <-- one sec behind
2015-07-01T00:00:00Z    2015-07-01T00:00:01Z
2015-07-01T00:00:01Z    2015-07-01T00:00:02Z   
2015-07-01T00:00:02Z    2015-07-01T00:00:02Z   <-- NTP sync
2015-07-01T00:00:03Z    2015-07-01T00:00:03Z

我在午夜 2 秒后显示同步，但实际上可能要晚得多。时钟同步一直发生，而不仅仅是闰秒。计算机的本地时钟不是一种超精确的仪器——它会漂移，并且必须定期进行校正。你不能假设当前时间总是单调递增的——它可以向前跳，也可以向后跳。

另外，上面的图表并不完全准确。我展示了几秒钟内的硬转变，但实际上操作系统通常会通过在几秒的较长时间内（一次几毫秒）以几个亚秒的增量分散变化的影响来引入微小的修正。

在 API 级别，没有任何 API 将支持超过 59 个秒字段。如果他们 完全支持它，那可能只是在解析期间。

DateTime.Parse("2015-06-30T23:59:60Z")

这将引发异常。如果它要工作，它就必须处理额外的闰秒，然后要么返回前一秒 (2015-06-30T23:59:59Z)，要么返回下一秒 (2015-07-01T00:00:00Z)。