POSIXシェルスクリプトでの日時とタイムゾーンの取得

方針

ここまでで，日時の形式にはISO 8601を採用すべきだと結論づけた。実際にdateコマンドでISO 8601の形式で出力するには，以下のように変換指定子を組み合わせる。

date +%Y-%m-%dT%H:%M:%S

2016-12-26T23:06:48

ただし，POSIXのdateコマンドのオプションでは現在のタイムゾーンを取得できないという問題がある。変換指定子に%Zというのがあるのだが，これはJSTというようなタイムゾーン名が表示されるだけで，残念ながら協定世界時 (UTC) からの時差 (オフセット) を数字で表示できない。POSIXで規定されるC言語のstrftime関数には%zという変換指定子があり，これでタイムゾーンが±hhmmの形式で取得できる。dateコマンドにも%zの変換指定子が存在すれば簡単だったのだが，ないならばしかたない。

タイムゾーンを省略する場合は，現地時間と解釈できる。この場合，同じ文書に国や地域名を含める必要があり，これはこれで煩雑になる。より汎用性をあげるには日時にタイムゾーンも明記したほうがよいだろう。そこで，タイムゾーンを取得する方法を検討する。

なお，GNU dateであれば，-Iオプションを使えば簡単にタイムゾーンも含めてISO 8601による現在日時を表示できる。当然ながら，GNUの独自拡張に依存すれば移植性が落ちるので使ってはいけない。

date -I'seconds'

2016-12-26T23:11:06+09:00

タイムゾーンを取得するにあたって，環境変数TZを使えば簡単にできるかと思ったが，TZ環境変数は定義されていない環境もあり，これに頼ることができない。

dateコマンドはTZ環境変数が存在すれば，このタイムゾーンに基づいて日時を表示する。dateコマンドのTZ環境変数の説明をみればわかる通り，TZ環境変数が存在しなければ，システム標準のタイムゾーンが使われることになっている。

システム標準のタイムゾーンとは，実装依存になるのだが，例えばGNU C Libraryでは/etc/localtimeや/usr/etc/localtimeが参照され，Ubuntuでは/etc/timezoneが参照される。

しかし，当然ながらこれらのファイルはPOSIXでは未定義であり，これらに依存すれば移植性がなくなるので使うことはできない。

POSIX規格を調べたが，現在のタイムゾーンを数値で取得する方法はstrftime以外に存在しない。ではシェルスクリプトではどうするか？

date -uで常にUTC-0での日時が表示されることを利用して，dateとdate -uの差分をとり，タイムゾーンを取得する。

基本実装

具体的には，以下のような関数により現在のタイムゾーンを取得できるようになる。

#/bin/sh
## \file get_tz.sh

get_tz()(
	L_D=$(date +%j); U_D=$(date -u +%j)
	is_crossed_year="[ $L_D -eq 1 -o $U_D -eq 1 ] && [ $((L_D+U_D)) -ne 3 ]"
	eval $is_crossed_year && [ $L_D -eq 1 ] && U_D=0 || L_D=0

	LOCAL_MIN=$(echo "$L_D*24*60 + $(date    +%H)*60 + $(date    +%M)" | bc)
	UTC_0_MIN=$(echo "$U_D*24*60 + $(date -u +%H)*60 + $(date -u +%M)" | bc)
	DELTA_MIN=$((LOCAL_MIN - UTC_0_MIN))
	printf '%+03d:%+03d\n' $((DELTA_MIN/60)) $((DELTA_MIN%60)) | sed 's/:[+-]/:/'
)

get_tz 

上記のget_tz関数を実行すると，日本であれば+09:00と表示される。

get_tzの仕組みを解説する。

まず，dateコマンドの-uオプションでは，常にUTC-0での日時が表示される。一方，dateコマンドはTZ環境変数が設定されていればそのタイムゾーンに従い，TZ環境変数がなければシステム標準のタイムゾーンに従い日時を表示する。つまり，date -uとdateコマンドの結果の差分で現在のタイムゾーンを取得できる。

ただし，そのまま差分を取ると問題が起こる。時間は12進数であり，分は60進数である。そのまま単純に減算すれば，10進数での減算となってしまい，値が想定と異なる。例えば，現在が日本時間の01:00である場合，単純に協定世界時との差分を取ると，01:00-14:00=-13となり，期待する9と異なってしまう。

この問題を回避するため，日時の単位を分に統一させる。分に単位を統一して減算を行い，得られた差分を時間と分に戻すことでタイムゾーンを取得している。通常であれば，シェルスクリプトでの日時の演算は煩雑な作業であり，1970-01-01からの経過秒であるエポックタイム（UNIX時間）に変換して行うのが汎用的だ。しかし，この変換自体複雑である。幸い今回は2時刻の差分をとるだけで済むので，素直に日時を分に変換することで対応できた。

最後のsedの処理について説明する。イギリスより西の地域など現地時間とUTC-0との差分がマイナスのとき，時間と分に換算するときにもマイナスの符号が付く。このままだと，出力するときに-09:-30のように分の部分に符号が付くため，これをsedで除去した。

sh
echo "$((08*2))"

sh: 1: arithmetic expression: expecting EOF: "08*2"

年またぎの処理

2016-12-29追記

当初掲載していたコードでは，月や年をまたぐ場合に日数が不連続になり (例：12/31と1/1)，タイムゾーンを算出できていなかった。ユリウス日 (通算日) をdate +jで取得すれば，月またぎは問題ないが，やはり年をまたぐときにタイムゾーンを算出できない。そこで，年をまたぐかどうかの判定を入れた。判定は以下の手順で行った。

これで，年をまたぐ場合であってもタイムゾーンを算出できるようになった。以下のコマンドで現在の端末でだけ日付を1/1に変更してget_tzを実行すれば，きちんと現在のタイムゾーンを取得できることを確認できる。

sudo date 01010000
./get_tz.sh  # +09:00

コマンド実行中の分またぎ

2017-01-07追記

関数内で1回目のdateを実行してから2回目のdateコマンドを実行するまでの間に，万が一でも分をまたいでしまうと1分ずれてしまい，タイムゾーンが08:59や09:01となってしまう。幸いなことに，タイムゾーンの分は00，30，45しか存在しないので，差分をとった後の分の1桁目が1，6，4，9なら±1することで誤差を調整する。現在のタイムゾーンがUTC+00:00より西か東かで符号が変わるのでその処理を入れている。

また，当初は日時の先頭に0が登場するために，bcコマンドを使って計算していた。今回の対応で，setコマンドで日時分を個別の変数に代入するように処理を変えたので，ついでに先頭の0を削除するようにして，算術展開$(())で計算できるようにした。

get_tz()(
	set $(date -u '+%j %H %M'); U_D=${1#0}; U_D=${U_D#0}; U_H=${2#0}; U_M=${3#0}
	set $(date    '+%j %H %M'); L_D=${1#0}; L_D=${L_D#0}; L_H=${2#0}; L_M=${3#0}

	# Fix if year is crossed
	IS_CROSSED_YEAR="[ $L_D = 1 -o $U_D = 1 ] && [ $((L_D+U_D)) -gt 3 ]"
	eval "$IS_CROSSED_YEAR" && U_D=$((L_D == 1 ? L_D-1 : L_D+1))

	dm=$(( (L_D*24*60 + L_H*60 + L_M) - (U_D*24*60 + U_H*60 + U_M) ))
	DIGIT_1=$((dm<0 ? -dm%10 : dm%10))

	# Fix if minute is changed during running date command
	[ $DIGIT_1 = 1 -o $DIGIT_1 = 6 ] && dm=$((dm<0 ? dm+1 : dm-1))
	[ $DIGIT_1 = 4 -o $DIGIT_1 = 9 ] && dm=$((dm<0 ? dm-1 : dm+1))

	printf '%+03d:%+03d\n' $((dm / 60)) $((dm % 60)) | sed 's/:[+-]/:/'
)

setコマンドの後に以下の日時を強制的にセットしてちゃんと算出できていることを確認できる。

	# +5:45 Nepal
	# U_D=365; U_H=23; U_M=59
	# L_D=1;   L_H=5;  L_M=45

	# U_D=1;   U_H=5;  U_M=45
	# L_D=365; L_H=23; L_M=59

	# -3:30 Canada
	# U_D=1;   U_H=3;  U_M=28
	# L_D=365; L_H=23; L_M=59

	# L_D=1;   L_H=3;  L_M=28
	# U_D=365; U_H=23; U_M=59

これでコマンド実行中に分をまたいでも大丈夫だ。

年またぎの処理の改良

2020-03-29 Sun追記

年またぎの処理について改良案をコメントでいただいた。2016-12-29の実装では，通算日を使って年またぎを判定していた。よくよく考えれば，dateコマンド実行時に%Yで年を取得できるので，この年の比較 (U_Y, L_Y) で簡単に年またぎを判定できる。

加えて，年またぎ時の日付の処理では，$U_Y-$L_Y == -1の場合，地域標準時が未来で，$U_Y-$L_Y == 1の場合，協定世界時が未来となる。従って，以下のようにローカル日 (L_D) にU_Y-L_Yを足したものを世界日 (U_D) にしてやれば，日付の連続性を維持できる。

U_D=$((U_Y == L_Y ? U_D : L_D + (U_Y - L_Y)))

最終的なコードは以下の通りとなる。

tz() {
	set $(date -u '+%Y %j %H %M'); U_Y=$1 U_D=${2#0} U_D=${U_D#0} U_H=${3#0} U_M=${4#0}
	set $(date    '+%Y %j %H %M'); L_Y=$1 L_D=${2#0} L_D=${L_D#0} L_H=${3#0} L_M=${4#0}

	# Fix if year is crossed.
	U_D=$((U_Y == L_Y ? U_D : L_D + (U_Y - L_Y)))

	# Calculate delta minutes.
	dm=$(((L_D*24*60 + L_H*60 + L_M) - (U_D*24*60 + U_H*60 + U_M)))
	DIGIT_1=$((dm<0 ? -dm%10 : dm%10))

	# Fix if minute is changed during running date command.
	[ $DIGIT_1 = 1 -o $DIGIT_1 = 6 ] && dm=$((dm<0 ? dm+1 : dm-1))
	[ $DIGIT_1 = 4 -o $DIGIT_1 = 9 ] && dm=$((dm<0 ? dm-1 : dm+1))

	printf '%+03d:%+03d\n' $((dm / 60)) $((dm % 60)) | sed 's/:[+-]/:/'
}

この修正で処理が短くわかりやすくなった。その他，コマンド名やコメント，余分な区切り (;) を削除するなど若干調整した。