C# 入門指南

單元 18 - 編碼

~~學習進度表~~

編碼 (encoding) 需要用到轉換表格,我們利用字串 (string) 儲存這個表格,簡單說,就是利用 Unicode 排列順序,對應到表格中該位置的字元

There is no spoon.
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012345678910111213141516171819202122232425
qzirajsbktcludmvenwfoxgpyh

上面是用了如下的表格

code_array = "qzirajsbktcludmvenwfoxgpyh"

我們先來想一想程式如何完成編碼工作,假設是對以下的字串進行編碼

"There is no spoon."

首先, 'T' 不是英文小寫字母,因此跳過,然後 'h''e''r''e' 都是英文小寫字母,對照表格,需要轉換為 'b''a''n''a' ,接下來遇到一個空格字元 ' ' ,也跳過,然後 'i''s' 也都是英文小寫字母,需要轉換為 'k''w' ,餘下類推。

所以需要利用一個迴圈 (loop) 進行上述編碼工作,逐一檢查字串中的每一個字元 (character) ,若是屬於英文小寫字母的編碼範圍就是 Unicode 編碼 97122 之間,我們先將該字元轉換為整數,然後減掉 97 就會是表格字串中對應字元索引值。

這是說,第 0 個字元(索引值為 0'T' 不在英文小寫字母編碼的範圍,因此程式不會處理,然後到第 1 個字元 'h' ,這是英文小寫字母編碼為 104 ,減去 97 之後為 7 ,對應到上面的表格會是 'b' ,因此得到的新字串第 1 個新字元就是 'b' ,餘下會一直進行重複的工作到字串結束為止。

因此,我們對 ToEncode() 的設計如下

// 編碼方法
public string ToEncode(string s)
{
    // 建立暫存字串
    string result = "";

    char c;
    int m;
    // 逐一取得字元進行處理
    for (int i = 0; i < s.Length; i++)
    {
        // 判斷是否為英文小寫字母
        if (s[i] >= 97 && s[i] <= 122)
        {
            c = s[i];
            m = c - 97;
            result += code[m];
        }
        // 不是英文小寫字母,直接將字元附加到 result 之後
        else
        {
            result += s[i];
        }
    }

    // 回傳結果
    return result;
}

ToEncode() 接收一個字串 s 當參數 (parameter) ,也回傳一個新字串 results 就是要編碼的字串,而 result 則是編碼過的字串。

進行編碼轉換的迴圈

// 逐一取得字元進行處理
for (int i = 0; i < s.Length; i++)
{
    // 判斷是否為英文小寫字母
    if (s[i] >= 97 && s[i] <= 122)
    {
        c = s[i];
        m = c - 97;
        result += code[m];
    }
    // 不是英文小寫字母,直接將字元附加到 result 之後
    else
    {
        result += s[i];
    }
}

字串的屬性 Length 回傳字串長度,也就是字串中所有字元的總數,迴圈的控制變數 (control variable) i 最大不超過 s.Length() ,因為字串索引從 0 開始,最後一個元素的索引為 s.Length - 1

留意這一行

result += code[m];

字串可以跟加號與等號連在一起用,這樣可以把 code[m] 的字元附加到 result 的最後。這裡我們最初建立空字串變數 result ,最後得到的結果同樣為變數 result ,也回傳 result 。我們用的技巧是把字串的變數重新指向自己,因此這裡是用 += 運算子。

道理很簡單,因為 result += code[m] 會得到一個新字串,我們將 result 重新當成這個新字串的變數,因此 result 最初是空字串,進入這個迴圈後,無論 code[m] 或是 s[i] 都會加進 result 的最後,這時候產生的新字串會重新指派給 result

完整程式如下

using System;

namespace EncryptDemo06
{
    class EncryptDemo06
    {
        // 宣告密碼表欄位
        public string code;

        // 建構子,呼叫建立密碼表的 SetCode() 方法
        public EncryptDemo06()
        {
            SetCode();
        }

        // 建立密碼表
        public void SetCode()
        {
            // 宣告變數
            int a, b, x, y, m;
            char c = 'a';
            // a 、 b 初始化
            Random r = new Random();
            a = 0;
            b = 0;
            // a 不能是 0 或偶數
            while (a % 2 == 0)
            {
                a = r.Next(1, 10);
            }
            b = r.Next(0, 10);
            code = "";
            // 建立密碼表的迴圈
            for (int i = 0; i < 26; i++)
            {
                x = c;
                y = x * a + b;
                m = y % 26;
                code += Convert.ToChar(m + 97);
                c++;
            }
        }

        // 編碼方法
        public string ToEncode(string s)
        {
            // 建立暫存字串
            string result = "";

            char c;
            int m;
            // 逐一取得字元進行處理
            for (int i = 0; i < s.Length; i++)
            {
                // 判斷是否為英文小寫字母
                if (s[i] >= 97 && s[i] <= 122)
                {
                    c = s[i];
                    m = c - 97;
                    result += code[m];
                }
                // 不是英文小寫字母,直接將字元附加到 result 之後
                else
                {
                    result += s[i];
                }
            }

            // 回傳結果
            return result;
        }

        // 解碼方法
        public string ToDecode(string s)
        {
            return s;
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 建立密碼物件
            EncryptDemo06 e = new EncryptDemo06();
            // 印出密碼表
            Console.WriteLine(e.code);
            // 建立測試字串
            string s1 = "There is no spoon.";
            // 印出測試字串
            Console.WriteLine(s1);
            // 進行編碼
            string s2 = e.ToEncode(s1);
            // 印出編碼結果
            Console.WriteLine(s2);
        }
    }
}

//《程式語言教學誌》的範例程式
// http://kaiching.org/
// 專案:EncryptDemo06
// 檔名:Program.cs
// 功能:示範利用 C# 設計 Encrypt 類別
// 作者:張凱慶

執行部分改成先印出密碼表,然後建立測試字串,接著編碼測試字串,最後印出編碼結果

static void Main(string[] args)
{
    // 建立密碼物件
    EncryptDemo06 e = new EncryptDemo06();
    // 印出密碼表
    Console.WriteLine(e.code);
    // 建立測試字串
    string s1 = "There is no spoon.";
    // 印出測試字串
    Console.WriteLine(s1);
    // 進行編碼
    string s2 = e.ToEncode(s1);
    // 印出編碼結果
    Console.WriteLine(s2);
}

執行結果如下

C:\EncryptDemo06> dotnet run
gnubipwdkryfmtahovcjqxelsz
There is no spoon.
Tdivi kc ta chaat.
C:\EncryptDemo06>

接下來,我們繼續加入解碼的功能吧!

相關教學影片

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中英文術語對照
字元character
控制變數control variable
編碼encoding
迴圈loop
參數parameter
字串string
參考資料
1. C# 程式設計手冊 | Microsoft Docs - 類別
重點整理
1. 轉換表格利用字串來儲存,字串可用索引值存取元素,也就是字元。
2. 編碼時利用迴圈依序取得要編碼字串的所有字元,先判斷是否為英文小寫字母,如果是英文小寫字母就進行編碼,如果不是就直接把該字元附加到暫存變數的最後。
3. 加號運算子在字串型態被多載過,可用於字串連結並且重新指派。
問題與討論
1. 要怎麼判斷一個字元是英文小寫字母或大寫字母?
2. 多載的意義是什麼?為什麼運算子可以多載?
練習
1. 承接上一個單元的猜數字遊戲,將新專案寫在 Exercise1801 中,在遊戲迴圈中檢查使用者輸入的長度,若是長度不等於 4 就印出提示訊息進行下一輪。
2. 承上題,將新專案寫在 Exercise1802 中,替 Guess 類別增加建構子,並且在建構子中設定三個欄位 answerab 的初值。