C#生成防偽碼的思路及源碼分享

更新時(shí)間：2014年06月17日 09:39:58 投稿：hebedich

生成防偽碼其實(shí)挺簡(jiǎn)單，但是如果要考慮效率和不重復(fù)的話，就需要稍微動(dòng)動(dòng)腦子了，下面我來(lái)說(shuō)說(shuō)我的思路及源碼

摘要

1. 生成多個(gè)防偽碼，防偽碼的長(zhǎng)度和個(gè)數(shù)由用戶指定。

2. 防偽碼由"0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ"字符組成，生成的防偽碼不可以重復(fù)，必須是唯一的。

3. 防偽碼的生成要具有隨機(jī)性。

4. 在以上要求達(dá)到的基礎(chǔ)上，盡可優(yōu)化程序的速度。

設(shè)計(jì)思路：

整體的設(shè)計(jì)思路：根據(jù)用戶指定的防偽碼的長(zhǎng)度和個(gè)數(shù)，生成相應(yīng)的防偽碼，每次生成一個(gè)防偽碼時(shí)便將防偽碼存儲(chǔ)進(jìn)哈希表，成功存儲(chǔ)后計(jì)數(shù)器加1,表示存儲(chǔ)成功，循環(huán)執(zhí)行，當(dāng)計(jì)數(shù)器等于用戶指定的防偽碼的個(gè)數(shù)時(shí)，循環(huán)停止，輸出防偽碼個(gè)數(shù)和執(zhí)行的時(shí)間。

防偽碼生成思路：將組成防偽碼的字符用一個(gè)字符串存儲(chǔ)，隨機(jī)生成0-（字符串長(zhǎng)度-1）的一個(gè)數(shù)，然后取出字符串中該數(shù)所在位置的字符，重復(fù)執(zhí)行n次，由這n個(gè)字符所組成的新字符串即所求的長(zhǎng)度為n的防偽碼。

隨機(jī)數(shù)的生成：隨機(jī)數(shù)的生成主要是種子的選擇問(wèn)題，可用默認(rèn)的、GUID、RNGCryptoServiceProvider等作為隨機(jī)數(shù)種子。C#里面常用的是Random類，它是以時(shí)間作為默認(rèn)的隨機(jī)種子。GUID則是用來(lái)產(chǎn)生32位的唯一隨機(jī)數(shù)，多用于一些唯一性的標(biāo)記，由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的速度上要求盡可能的快速，而且并不要求產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)要唯一，所以在實(shí)驗(yàn)中并沒(méi)有選擇它來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。一開(kāi)始用的是最常用的Random類來(lái)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)，它很方便也很高效，它用的隨機(jī)種子是系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間，由于系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間是不斷的變化的，所以它產(chǎn)生的偽隨機(jī)數(shù)也具有很高的隨機(jī)性。實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，也嘗試了用RNGCryptoServiceProvider來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，雖然它的隨機(jī)性很好，但是它產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)有正數(shù)和負(fù)數(shù)，而實(shí)驗(yàn)要求產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)必須大于0,因此要對(duì)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行判斷和轉(zhuǎn)化，這大大影響了程序的執(zhí)行效率（用Random執(zhí)行時(shí)為3秒，用RNGCryptoServiceProvider則為20多秒），最后經(jīng)過(guò)比較和分析，還是改用Random來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。

數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和唯一性的判別：可以用哈希表來(lái)存儲(chǔ)產(chǎn)生的防偽碼，主要有以下2個(gè)原因：

a).哈希表是線性存儲(chǔ)，存儲(chǔ)時(shí)間非常快。

b).哈希表可以很快的判定要存儲(chǔ)的元素是否已經(jīng)存在。

這里的哈希表選擇的是泛型集合里面的Dictionary<K,T>,其中K是字符類型即防偽碼，T是一個(gè) 整型值，Dictionary不允許K的值相同，當(dāng)有兩個(gè)相同的字符串存儲(chǔ)進(jìn)哈希表時(shí)，會(huì)出現(xiàn)異常，通過(guò)catch出現(xiàn)的異?？梢蕴^(guò)該值的存儲(chǔ)，這就使得生成的防偽碼都是不相同的，該算法的時(shí) 間復(fù)雜度為常數(shù)，即O(1)。由于用的是泛型集合，所以這里不會(huì)出現(xiàn)裝箱拆箱操作，所以也大大優(yōu)化了速度。

5.速度的優(yōu)化：速度的優(yōu)化主要可以從以下幾個(gè)方面去考慮：

a).隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生，上面已經(jīng)分析了，當(dāng)用Random時(shí)，效果是最好的。

b).數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與查找，用哈希表是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和查找數(shù)據(jù)里都是接近線性，當(dāng)存儲(chǔ)與查找的數(shù) 據(jù)很大時(shí)（接近1000000）依舊可以實(shí)現(xiàn)線性，即時(shí)間復(fù)雜度為O(1),沒(méi)有其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的性能比它更好了，所以這里用哈希表已接近最優(yōu)。

c).字符串的增長(zhǎng)和賦值操作，這里重點(diǎn)說(shuō)一下StringBuilder類型在實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用。由于實(shí)驗(yàn) 中的防偽碼是由隨機(jī)生成的一個(gè)個(gè)字符組合而成的，所以實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)大量將字符串拼接起來(lái)的操作，剛開(kāi)始的時(shí)候用的是String類型，對(duì)字符串的拼接操作可以用String str+=char等簡(jiǎn)單操作，但由于String類型的字符串是引用類型，且不可改變，對(duì)它進(jìn)行拼接時(shí)內(nèi)存要花時(shí)間生成新的引用，所以在處理這種大量拼接操作的時(shí)候效率并不高。后來(lái)將String類型用StringBuilder類型替換，因?yàn)镾tringBuilder類型在處理字符串的拼接時(shí)不用生成新的引用，所以效率大大提高了（用String類型需要7秒跑完，用StringBuilder只需要3秒）。

產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)核心代碼：

復(fù)制代碼代碼如下:

StringBuilder result = new StringBuilder();
Dictionary<String, int> Hash = new Dictionary<String, int>(); //哈希表
string strTableChar = "0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ";
int strTableCharLength = strTableChar.Length;
Random random = new Random();
            for (int j = 0; j < count; j++){               //偽碼的個(gè)數(shù)
                for (int i = 0; i < length; i++){          //偽碼的長(zhǎng)度
                    a = random.Next(strTableCharLength);   //產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)
                    result.Append(strTableChar[a]);        //拼接生成防偽碼
                }
                try {
                      Hash.Add(result.ToString(), j);     //將字符串存儲(chǔ)進(jìn)哈希表
                      result.Clear();                     //清除字符串
                     }
                catch {
                      j--;                                //若字符串相同，則不計(jì)數(shù)
                      result.Clear();                     //清除字符串
                      }
            }

程序運(yùn)行效果圖

1.輸入的參數(shù)為 10 10000，輸出的結(jié)果如下：

程序生成了長(zhǎng)度為10個(gè)字符的防偽碼10000個(gè)，

用時(shí)10.0843毫秒。

2.輸入的參數(shù)為 20 1000000，輸出的結(jié)果如下：

程序生成了長(zhǎng)度為20個(gè)字符的防偽碼1000000個(gè)，

用時(shí)1327.3601毫秒。

3.輸入的參數(shù)為 50 1000000，輸出的結(jié)果如下：

程序生成了長(zhǎng)度為50個(gè)字符的防偽碼1000000個(gè)，

用時(shí)2619.9278毫秒。

程序代碼：

復(fù)制代碼代碼如下:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Diagnostics; //計(jì)時(shí)
using System.Collections; //集合

namespace ConsoleApplication3
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Stopwatch timer1 = new Stopwatch();           //計(jì)時(shí)器類
            timer1.Start();                               //開(kāi)始計(jì)時(shí)
            int a;
            int length = Convert.ToInt32(args[0]);        //偽碼的長(zhǎng)度
            int count = Convert.ToInt32(args[1]);         //偽碼的個(gè)數(shù)
            StringBuilder result = new StringBuilder();
            Dictionary<String,int> Hash = new Dictionary<String,int >();
            string strTableChar = "0123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZ";
            int strTableCharLength = strTableChar.Length;
            Random random = new Random();

            for (int j = 0; j < count; j++)               //偽碼的個(gè)數(shù)
            {
                for (int i = 0; i < length; i++)          //偽碼的長(zhǎng)度
                {

                    a = random.Next(strTableCharLength);
                    result.Append(strTableChar[a]);
                }

                try {
                      Hash.Add(result.ToString(),j);
                      result.Clear();
                     }
                catch {
                    j--;                                  //若字符串相同，則不計(jì)數(shù)
                      result.Clear();
                      }

            }
            count = Hash.Count;                           //哈希表元素的個(gè)數(shù)
            timer1.Stop();                                //停止計(jì)時(shí)
            double dMilliseconds = timer1.Elapsed.TotalMilliseconds;
            Console.WriteLine("生成個(gè)數(shù)為：{0}，運(yùn)行時(shí)間為：{1}", count, dMilliseconds);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}