C# string怎么转换为几种不同编码的Byte[]

在C#编程中，字符串（string）和字节数组（byte[]）之间的转换是非常常见的操作。特别是在处理文件、网络通信、加密解密等场景时，我们经常需要将字符串转换为特定编码的字节数组，或者将字节数组转换回字符串。本文将详细介绍如何在C#中将字符串转换为几种不同编码的字节数组，并探讨相关的编码知识。

1. 编码基础

在讨论字符串和字节数组之间的转换之前，我们需要先了解一些关于字符编码的基础知识。

1.1 什么是字符编码？

字符编码是一种将字符映射为二进制数据的方式。计算机只能处理二进制数据，因此我们需要一种方法将人类可读的字符转换为计算机可处理的二进制数据。常见的字符编码包括ASCII、UTF-8、UTF-16、UTF-32等。

1.2 常见的字符编码

• ASCII：ASCII编码使用7位二进制数表示128个字符，包括英文字母、数字和一些特殊符号。ASCII编码只能表示有限的字符集，无法表示非英文字符。

• UTF-8：UTF-8是一种可变长度的Unicode编码，使用1到4个字节表示一个字符。UTF-8兼容ASCII编码，即ASCII字符在UTF-8中仍然使用1个字节表示。

• UTF-16：UTF-16使用2个或4个字节表示一个字符。对于大多数常用字符，UTF-16使用2个字节表示。

• UTF-32：UTF-32使用4个字节表示一个字符。UTF-32编码的优点是每个字符都使用固定长度的字节表示，但缺点是占用空间较大。

2. C#中的编码类

在C#中，System.Text.Encoding类提供了字符编码的相关功能。Encoding类是一个抽象类，它有几个常用的子类，如ASCIIEncoding、UTF8Encoding、UnicodeEncoding（UTF-16）和UTF32Encoding。

2.1 获取编码实例

我们可以通过Encoding类的静态属性来获取特定编码的实例：

Encoding ascii = Encoding.ASCII;
Encoding utf8 = Encoding.UTF8;
Encoding utf16 = Encoding.Unicode; // UTF-16
Encoding utf32 = Encoding.UTF32;

2.2 常用方法

Encoding类提供了几个常用的方法来进行字符串和字节数组之间的转换：

• GetBytes(string s)：将字符串转换为字节数组。
• GetString(byte[] bytes)：将字节数组转换为字符串。
• GetByteCount(string s)：获取字符串转换为字节数组后的字节数。
• GetCharCount(byte[] bytes)：获取字节数组转换为字符串后的字符数。

3. 字符串转换为字节数组

接下来，我们将详细介绍如何将字符串转换为不同编码的字节数组。

3.1 转换为ASCII编码的字节数组

ASCII编码只能表示128个字符，因此如果字符串中包含非ASCII字符，转换时会将这些字符替换为?。

string text = "Hello, 世界!";
byte[] asciiBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(text);

Console.WriteLine("ASCII Bytes: " + BitConverter.ToString(asciiBytes));
// 输出: ASCII Bytes: 48-65-6C-6C-6F-2C-20-3F-3F-21

在上面的例子中，字符串中的中文字符“世界”无法用ASCII编码表示，因此被替换为?。

3.2 转换为UTF-8编码的字节数组

UTF-8编码可以表示所有Unicode字符，并且兼容ASCII编码。

string text = "Hello, 世界!";
byte[] utf8Bytes = Encoding.UTF8.GetBytes(text);

Console.WriteLine("UTF-8 Bytes: " + BitConverter.ToString(utf8Bytes));
// 输出: UTF-8 Bytes: 48-65-6C-6C-6F-2C-20-E4-B8-96-E7-95-8C-21

在上面的例子中，字符串中的中文字符“世界”被正确编码为UTF-8字节序列。

3.3 转换为UTF-16编码的字节数组

UTF-16编码使用2个或4个字节表示一个字符。对于大多数常用字符，UTF-16使用2个字节表示。

string text = "Hello, 世界!";
byte[] utf16Bytes = Encoding.Unicode.GetBytes(text);

Console.WriteLine("UTF-16 Bytes: " + BitConverter.ToString(utf16Bytes));
// 输出: UTF-16 Bytes: 48-00-65-00-6C-00-6C-00-6F-00-2C-00-20-00-16-4E-4C-75-21-00

在上面的例子中，字符串中的中文字符“世界”被编码为UTF-16字节序列。

3.4 转换为UTF-32编码的字节数组

UTF-32编码使用4个字节表示一个字符。

string text = "Hello, 世界!";
byte[] utf32Bytes = Encoding.UTF32.GetBytes(text);

Console.WriteLine("UTF-32 Bytes: " + BitConverter.ToString(utf32Bytes));
// 输出: UTF-32 Bytes: 48-00-00-00-65-00-00-00-6C-00-00-00-6C-00-00-00-6F-00-00-00-2C-00-00-00-20-00-00-00-16-4E-00-00-4C-75-00-00-21-00-00-00

在上面的例子中，字符串中的中文字符“世界”被编码为UTF-32字节序列。

4. 字节数组转换为字符串

除了将字符串转换为字节数组，我们还可以将字节数组转换回字符串。这个过程需要使用与编码时相同的编码方式。

4.1 从ASCII字节数组转换为字符串

byte[] asciiBytes = { 0x48, 0x65, 0x6C, 0x6C, 0x6F, 0x2C, 0x20, 0x3F, 0x3F, 0x21 };
string asciiText = Encoding.ASCII.GetString(asciiBytes);

Console.WriteLine("ASCII Text: " + asciiText);
// 输出: ASCII Text: Hello, ?!?

4.2 从UTF-8字节数组转换为字符串

byte[] utf8Bytes = { 0x48, 0x65, 0x6C, 0x6C, 0x6F, 0x2C, 0x20, 0xE4, 0xB8, 0x96, 0xE7, 0x95, 0x8C, 0x21 };
string utf8Text = Encoding.UTF8.GetString(utf8Bytes);

Console.WriteLine("UTF-8 Text: " + utf8Text);
// 输出: UTF-8 Text: Hello, 世界!

4.3 从UTF-16字节数组转换为字符串

byte[] utf16Bytes = { 0x48, 0x00, 0x65, 0x00, 0x6C, 0x00, 0x6C, 0x00, 0x6F, 0x00, 0x2C, 0x00, 0x20, 0x00, 0x16, 0x4E, 0x4C, 0x75, 0x21, 0x00 };
string utf16Text = Encoding.Unicode.GetString(utf16Bytes);

Console.WriteLine("UTF-16 Text: " + utf16Text);
// 输出: UTF-16 Text: Hello, 世界!

4.4 从UTF-32字节数组转换为字符串

byte[] utf32Bytes = { 0x48, 0x00, 0x00, 0x00, 0x65, 0x00, 0x00, 0x00, 0x6C, 0x00, 0x00, 0x00, 0x6C, 0x00, 0x00, 0x00, 0x6F, 0x00, 0x00, 0x00, 0x2C, 0x00, 0x00, 0x00, 0x20, 0x00, 0x00, 0x00, 0x16, 0x4E, 0x00, 0x00, 0x4C, 0x75, 0x00, 0x00, 0x21, 0x00, 0x00, 0x00 };
string utf32Text = Encoding.UTF32.GetString(utf32Bytes);

Console.WriteLine("UTF-32 Text: " + utf32Text);
// 输出: UTF-32 Text: Hello, 世界!

5. 处理编码异常

在实际应用中，我们可能会遇到编码不匹配的情况。例如，尝试将UTF-8编码的字节数组用ASCII编码转换为字符串时，可能会导致异常或数据丢失。为了避免这种情况，我们可以使用Encoding类的GetDecoder方法来处理编码异常。

5.1 使用Decoder处理编码异常

byte[] utf8Bytes = { 0x48, 0x65, 0x6C, 0x6C, 0x6F, 0x2C, 0x20, 0xE4, 0xB8, 0x96, 0xE7, 0x95, 0x8C, 0x21 };
Decoder utf8Decoder = Encoding.UTF8.GetDecoder();
char[] chars = new char[utf8Decoder.GetCharCount(utf8Bytes, 0, utf8Bytes.Length)];
utf8Decoder.GetChars(utf8Bytes, 0, utf8Bytes.Length, chars, 0);

string utf8Text = new string(chars);
Console.WriteLine("UTF-8 Text: " + utf8Text);
// 输出: UTF-8 Text: Hello, 世界!

5.2 使用Encoding.Convert进行编码转换

如果我们需要将一种编码的字节数组转换为另一种编码的字节数组，可以使用Encoding.Convert方法。

byte[] utf8Bytes = { 0x48, 0x65, 0x6C, 0x6C, 0x6F, 0x2C, 0x20, 0xE4, 0xB8, 0x96, 0xE7, 0x95, 0x8C, 0x21 };
byte[] utf16Bytes = Encoding.Convert(Encoding.UTF8, Encoding.Unicode, utf8Bytes);

Console.WriteLine("UTF-16 Bytes: " + BitConverter.ToString(utf16Bytes));
// 输出: UTF-16 Bytes: 48-00-65-00-6C-00-6C-00-6F-00-2C-00-20-00-16-4E-4C-75-21-00

6. 总结

在C#中，字符串和字节数组之间的转换是非常常见的操作。通过System.Text.Encoding类，我们可以轻松地将字符串转换为不同编码的字节数组，或者将字节数组转换回字符串。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的编码方式，并注意处理可能出现的编码异常。

本文详细介绍了如何将字符串转换为ASCII、UTF-8、UTF-16和UTF-32编码的字节数组，并探讨了相关的编码知识。希望本文能帮助你更好地理解和应用C#中的字符编码和字节数组转换。