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

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。

其他回答

我不确定,但我认为字符串将其信息存储为一个Chars数组,这对字节来说效率很低。具体来说,Char的定义是“表示Unicode字符”。

以以下示例为例:

String str = "asdf éß";
String str2 = "asdf gh";
EncodingInfo[] info =  Encoding.GetEncodings();
foreach (EncodingInfo enc in info)
{
    System.Console.WriteLine(enc.Name + " - " 
      + enc.GetEncoding().GetByteCount(str)
      + enc.GetEncoding().GetByteCount(str2));
}

请注意,在这两种情况下,Unicode答案都是14个字节,而UTF-8答案第一种只有9个字节,第二种只有7个字节。

因此,如果您只想要字符串所使用的字节,只需使用Encoding.Unicode,但存储空间会很低。

此外,请解释为什么要考虑编码。我不能简单地获取字符串存储的字节数吗?为什么依赖编码?!!!

因为没有“字符串的字节”这样的东西。

字符串(或更一般的文本)由字符组成:字母、数字和其他符号。这就是全部。然而,计算机对字符一无所知;它们只能处理字节。因此,如果要使用计算机存储或传输文本,需要将字符转换为字节。你是怎么做到的?这里是编码出现的地方。

编码只是将逻辑字符转换为物理字节的惯例。最简单和最著名的编码是ASCII,如果你用英语写作,这就是你所需要的。对于其他语言,您将需要更完整的编码,因为Unicode是当今最安全的选择。

因此,简而言之,尝试“不使用编码获取字符串的字节”与“不使用任何语言编写文本”一样不可能。

顺便说一句,我强烈建议你(以及任何人)阅读这篇小智慧:绝对最低限度每个软件开发人员绝对、积极地必须了解Unicode和字符集(没有借口!)

为了证明Mehrrad的声音回答有效,他的方法甚至可以持久化未配对的代理字符(其中许多人对我的答案持反对态度,但每个人都有同样的错误,例如System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes、System.Text.Encding.Unicode.GetBytes;例如,这些编码方法不能持久化高代理字符d800,而这些方法只是用值fffd替换高代理字符):

using System;

class Program
{     
    static void Main(string[] args)
    {
        string t = "爱虫";            
        string s = "Test\ud800Test"; 

        byte[] dumpToBytes = GetBytes(s);
        string getItBack = GetString(dumpToBytes);

        foreach (char item in getItBack)
        {
            Console.WriteLine("{0} {1}", item, ((ushort)item).ToString("x"));
        }    
    }

    static byte[] GetBytes(string str)
    {
        byte[] bytes = new byte[str.Length * sizeof(char)];
        System.Buffer.BlockCopy(str.ToCharArray(), 0, bytes, 0, bytes.Length);
        return bytes;
    }

    static string GetString(byte[] bytes)
    {
        char[] chars = new char[bytes.Length / sizeof(char)];
        System.Buffer.BlockCopy(bytes, 0, chars, 0, bytes.Length);
        return new string(chars);
    }        
}

输出:

T 54
e 65
s 73
t 74
? d800
T 54
e 65
s 73
t 74

尝试使用System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes或System.Text.Encding.Unicode.GetBytes,它们只会用值fffd替换高代理项字符

每当这个问题发生变化时,我仍然在想一个序列化程序(无论是来自Microsoft还是来自第三方组件),它可以持久化字符串,即使它包含不成对的代理字符;我时不时地在谷歌上搜索这个:序列化不成对的代理角色.NET。这不会让我失眠,但偶尔有人评论我的答案,说它有缺陷,但他们的答案在不成对的替代角色方面同样有缺陷,这让我很烦。

Darn,Microsoft应该在BinaryFormatter中使用System.Buffer.BlockCopyツ

谢谢!

随着C#7.2发布的Span<T>的出现,将字符串的底层内存表示捕获到托管字节数组中的规范技术是:

byte[] bytes = "rubbish_\u9999_string".AsSpan().AsBytes().ToArray();

将其转换回去应该是一件不容易的事,因为这意味着您实际上正在以某种方式解释数据,但为了完整性:

string s;
unsafe
{
    fixed (char* f = &bytes.AsSpan().NonPortableCast<byte, char>().DangerousGetPinnableReference())
    {
        s = new string(f);
    }
}

NonPortableCast和DangerousGetPinnableReference这两个名称应该进一步证明您可能不应该这样做。

注意,使用Span<T>需要安装System.Memory NuGet包。

无论如何,实际的原始问题和后续评论暗示底层内存没有被“解释”(我假设这意味着没有修改或读取,超出了按原样编写的需要),这表明应该使用Stream类的某些实现,而不是将数据作为字符串进行推理。

与这里的答案相反,如果不需要解释字节,则不需要担心编码!

正如您提到的,您的目标很简单,就是“获取字符串存储的字节数”。(当然,还要能够根据字节重新构造字符串。)

对于这些目标,我真的不明白为什么人们总是告诉你你需要编码。你当然不需要担心编码。

只需执行以下操作:

static byte[] GetBytes(string str)
{
    byte[] bytes = new byte[str.Length * sizeof(char)];
    System.Buffer.BlockCopy(str.ToCharArray(), 0, bytes, 0, bytes.Length);
    return bytes;
}

// Do NOT use on arbitrary bytes; only use on GetBytes's output on the SAME system
static string GetString(byte[] bytes)
{
    char[] chars = new char[bytes.Length / sizeof(char)];
    System.Buffer.BlockCopy(bytes, 0, chars, 0, bytes.Length);
    return new string(chars);
}

只要你的程序(或其他程序)不试图以某种方式解释字节,而你显然没有提到你打算这样做,那么这种方法就没有错!担心编码只会让你的生活变得更加复杂,没有真正的原因。

这种方法的额外好处:字符串是否包含无效字符无关紧要,因为您仍然可以获取数据并重建原始字符串!

它将以相同的方式进行编码和解码,因为您只是在查看字节。

但是,如果您使用特定的编码,则会给您带来编码/解码无效字符的麻烦。