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

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。

其他回答

这取决于你想要的字节

这是因为,正如泰勒所恰当地说的,“字符串不是纯数据。它们也有信息。”在这种情况下,信息是创建字符串时假定的编码。

假设您有二进制数据(而不是文本)存储在字符串中

这是基于OP对自己问题的评论,如果我理解OP在用例中的提示,这是正确的问题。

由于上面提到的假设编码,将二进制数据存储在字符串中可能是错误的方法!无论哪个程序或库将二进制数据存储在字符串中(而不是更合适的byte[]数组),在战斗开始之前就已经失败了。如果他们以REST请求/响应或任何必须传输字符串的方式向您发送字节,Base64将是正确的方法。

如果您有一个编码未知的文本字符串

其他人都错误地回答了这个错误的问题。

如果字符串看起来不错,只需选择一个编码(最好是以UTF开头的编码),使用相应的System.Text.encoding。???。GetBytes()函数,并告诉给谁您选择了哪种编码。

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?

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。

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。

// C# to convert a string to a byte array.
public static byte[] StrToByteArray(string str)
{
    System.Text.ASCIIEncoding  encoding=new System.Text.ASCIIEncoding();
    return encoding.GetBytes(str);
}


// C# to convert a byte array to a string.
byte [] dBytes = ...
string str;
System.Text.ASCIIEncoding enc = new System.Text.ASCIIEncoding();
str = enc.GetString(dBytes);

以下是我的String-to-Byte[]转换的不安全实现:

public static unsafe Byte[] GetBytes(String s)
{
    Int32 length = s.Length * sizeof(Char);
    Byte[] bytes = new Byte[length];

    fixed (Char* pInput = s)
    fixed (Byte* pBytes = bytes)
    {
        Byte* source = (Byte*)pInput;
        Byte* destination = pBytes;

        if (length >= 16)
        {
            do
            {
                *((Int64*)destination) = *((Int64*)source);
                *((Int64*)(destination + 8)) = *((Int64*)(source + 8));

                source += 16;
                destination += 16;
            }
            while ((length -= 16) >= 16);
        }

        if (length > 0)
        {
            if ((length & 8) != 0)
            {
                *((Int64*)destination) = *((Int64*)source);

                source += 8;
                destination += 8;
            }

            if ((length & 4) != 0)
            {
                *((Int32*)destination) = *((Int32*)source);

                source += 4;
                destination += 4;
            }

            if ((length & 2) != 0)
            {
                *((Int16*)destination) = *((Int16*)source);

                source += 2;
                destination += 2;
            }

            if ((length & 1) != 0)
            {
                ++source;
                ++destination;

                destination[0] = source[0];
            }
        }
    }

    return bytes;
}

它比公认的anwser要快得多,即使没有它那么优雅。以下是我在10000000次迭代中的秒表基准:

[Second String: Length 20]
Buffer.BlockCopy: 746ms
Unsafe: 557ms

[Second String: Length 50]
Buffer.BlockCopy: 861ms
Unsafe: 753ms

[Third String: Length 100]
Buffer.BlockCopy: 1250ms
Unsafe: 1063ms

为了使用它,您必须在项目构建财产中勾选“允许不安全代码”。根据.NET Framework 3.5,此方法也可以用作字符串扩展:

public static unsafe class StringExtensions
{
    public static Byte[] ToByteArray(this String s)
    {
        // Method Code
    }
}