如何在.NET(C#)中将字符串转换为字节[]而不手动指定特定编码?
我要加密字符串。我可以在不进行转换的情况下对其进行加密,但我仍然想知道为什么编码会在这里发挥作用。
此外,为什么还要考虑编码?我不能简单地获取字符串存储的字节数吗?为什么依赖字符编码?
如何在.NET(C#)中将字符串转换为字节[]而不手动指定特定编码?
我要加密字符串。我可以在不进行转换的情况下对其进行加密,但我仍然想知道为什么编码会在这里发挥作用。
此外,为什么还要考虑编码?我不能简单地获取字符串存储的字节数吗?为什么依赖字符编码?
当前回答
其他人已经回答了您问题的第一部分(如何获取字节):查看System.Text.Encoding命名空间。
我将回答您的后续问题:为什么需要选择编码?为什么不能从字符串类本身获得这些信息?
答案分为两部分。
首先,字符串类内部使用的字节并不重要,只要假设它们存在,就可能引入错误。
如果您的程序完全在.Net世界中,那么您根本不需要担心获取字符串的字节数组,即使您正在通过网络发送数据。相反,请使用.Net Serialization来担心数据传输问题。您不再担心实际的字节数:Serialization格式化程序会为您提供。
另一方面,如果您将这些字节发送到某个无法保证将从.Net序列化流中提取数据的地方,该怎么办?在这种情况下,您确实需要担心编码问题,因为显然,这个外部系统关心编码问题。同样,字符串使用的内部字节无关紧要:您需要选择一种编码,以便在接收端明确该编码,即使它与.Net内部使用的编码相同。
我理解,在这种情况下,您可能更希望在可能的情况下使用字符串变量存储在内存中的实际字节,这样可以节省创建字节流的工作量。然而,我告诉你,与确保输出在另一端被理解,并保证编码必须明确相比,这并不重要。此外,如果您真的想匹配内部字节,您可以只选择Unicode编码,从而节省性能。
这让我进入第二部分。。。选择Unicode编码就是告诉.Net使用底层字节。您确实需要选择这种编码,因为当一些新的Unicode Plus问世时,.Net运行时需要自由使用这种更新、更好的编码模型,而不会破坏您的程序。但是,目前(以及可预见的未来),只要选择Unicode编码就可以满足您的需要。
理解字符串必须重写为线也是很重要的,即使使用匹配的编码,也至少需要对位模式进行一些转换。计算机需要考虑诸如Big vs Little Endian、网络字节顺序、分组化、会话信息等。
其他回答
如何在.NET(C#)中将字符串转换为字节[]而不手动指定特定编码?
NET中的字符串将文本表示为UTF-16代码单元的序列,因此字节已经在UTF-16中的内存中编码。
Mehrad的回答
您可以使用Mehrad的答案,但它实际上使用了编码,因为字符是UTF-16。它调用ToCharArray,通过查看源代码创建一个char[]并将内存直接复制到它。然后,它将数据复制到同样分配的字节数组中。因此,在后台,它复制了两次底层字节,并分配了一个在调用后不使用的字符数组。
Tom Blodget的回答
Tom Blodget的答案比Mehrad快20-30%,因为它跳过了分配一个字符数组并将字节复制到其中的中间步骤,但它需要使用/safe选项进行编译。如果你绝对不想使用编码,我认为这是正确的方法。如果将加密登录放在固定块中,甚至不需要分配单独的字节数组并将字节复制到其中。
此外,为什么要考虑编码?我不能简单地获取字符串存储的字节数吗?为什么依赖字符编码?
因为这是正确的方法。字符串是一个抽象。
如果“字符串”包含无效字符,使用编码可能会给您带来麻烦,但这不应该发生。如果将数据输入到字符串中包含无效字符,则说明操作错误。您可能应该首先使用字节数组或Base64编码。
如果使用System.Text.Encoding.Unicode,代码将更具弹性。您不必担心运行代码的系统的端序。您不必担忧下一版本的CLR是否会使用不同的内部字符编码。
我认为问题不在于你为什么要担心编码,而是你为什么要忽略它而使用其他东西。编码旨在表示字节序列中字符串的抽象。System.Text.Encoding.Unicode将为您提供一个小端字节顺序编码,并将在现在和将来的每个系统上执行相同的编码。
试试这个,代码更少:
System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes("TEST String");
当被问及您打算如何处理字节时,您回答:
我将对它进行加密。我可以在不进行转换的情况下对其进行加密,但我仍然想知道为什么编码会在这里发挥作用。给我字节就是我说的。
无论您是否打算通过网络发送加密数据,稍后将其加载回内存,或将其流式传输到另一个进程,您显然都打算在某个时刻对其进行解密。在这种情况下,答案是您正在定义通信协议。通信协议不应根据编程语言及其相关运行时的实现细节来定义。这有几个原因:
您可能需要与以不同语言或运行时实现的流程进行通信。(例如,这可能包括在另一台机器上运行的服务器或将字符串发送到JavaScript浏览器客户端。)该程序将来可以用不同的语言或运行时重新实现。.NET实现可能会更改字符串的内部表示形式。您可能会觉得这听起来有些牵强,但这实际上发生在Java9中,以减少内存使用。.NET没有理由不能效仿。Skeet表明,UTF-16在今天可能不是最佳的,因为表情符号和其他Unicode块也需要2个以上的字节来表示,这增加了内部表示在未来可能发生变化的可能性。
为了进行通信(无论是与完全不同的进程还是将来与相同的程序),您需要严格定义协议,以最大限度地减少使用协议或意外创建错误的难度。依赖于.NET的内部表示并不是一个严格的、明确的,甚至不能保证是一致的定义。标准编码是一个严格的定义,将来不会让您失望。
换句话说,如果不指定编码,就无法满足一致性要求。
如果您发现由于.NET在内部使用了UTF-16或出于其他原因,您的进程的性能明显更好,那么您当然可以选择直接使用UTF-16,但您需要显式选择编码,并在代码中显式执行这些转换,而不是依赖于.NET的内部实现。
因此,选择一种编码并使用它:
using System.Text;
// ...
Encoding.Unicode.GetBytes("abc"); # UTF-16 little endian
Encoding.UTF8.GetBytes("abc")
正如您所看到的,与实现您自己的读写器方法相比,仅使用内置的编码对象实际上也是更少的代码。
如果您使用的是.NET Core或System.Memory for.NET Framework,则通过Span<T>和Memory<T>有一种非常有效的封送机制,可以有效地将字符串内存重新解释为字节跨度。一旦有了一个字节跨度,就可以自由地封送回另一个类型,或者将该跨度复制到数组中进行序列化。
总结一下其他人的看法:
存储这种序列化的表示形式对系统端序、编译器优化以及正在执行的.NET运行时中字符串的内部表示形式的更改非常敏感。避免长期储存避免在其他环境中反序列化或解释字符串这包括其他机器、处理器体系结构、.NET运行时、容器等。这包括比较、格式化、加密、字符串操作、本地化、字符转换等。避免对字符编码进行假设在实践中,默认编码倾向于UTF-16LE,但编译器/运行时可以选择任何内部表示
实施
public static class MarshalExtensions
{
public static ReadOnlySpan<byte> AsBytes(this string value) => MemoryMarshal.AsBytes(value.AsSpan());
public static string AsString(this ReadOnlySpan<byte> value) => new string(MemoryMarshal.Cast<byte, char>(value));
}
实例
static void Main(string[] args)
{
string str1 = "你好,世界";
ReadOnlySpan<byte> span = str1.AsBytes();
string str2 = span.AsString();
byte[] bytes = span.ToArray();
Debug.Assert(bytes.Length > 0);
Debug.Assert(str1 == str2);
}
Furthur洞察
在C++中,这大致相当于reinterpret_cast,而C大致相当于对系统的单词类型(char)的强制转换。
在最新版本的.NET核心运行时(CoreCLR)中,如果您的内存是由CLR分配的,并且跨段不是从非托管内存分配器的指针派生的,则跨段上的操作可以有效地调用编译器内部函数和各种优化,这些优化有时可以消除边界检查,从而在保持内存安全的同时提高性能。
注意事项
这使用CLR支持的机制,该机制从字符串返回ReadOnlyPan<char>;此外,此跨度不一定包含完整的内部字符串布局。ReadOnlySpan<T>意味着如果需要执行变异,必须创建一个副本,因为字符串是不可变的。
byte[] strToByteArray(string str)
{
System.Text.ASCIIEncoding enc = new System.Text.ASCIIEncoding();
return enc.GetBytes(str);
}