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凯撒密码算法的实现

news 来源：原创 2025/5/20 7:46:39

在密码学里，凯撒密码（也叫恺撒密码、移位密码、恺撒代码或者恺撒移位）是一种简单且广为人知的加密技术。它属于替换密码的一种，在这种加密方式中，明文中的每个字母都会被替换成字母表中往后移动固定位数的字母。例如，若向左移动 3 位，字母 D 会被替换成 A，E 会变成 B，依此类推。该加密方法以尤利乌斯・恺撒（Julius Caesar）命名，他在私人通信中使用过这种方法。

1. 命名空间结构

namespace ciphers {namespace caesar {namespace {// 辅助函数定义}// 加密解密主函数定义}
}

使用了命名空间 ciphers 和子命名空间 caesar，来组织代码，避免命名冲突
匿名命名空间（namespace {}）存放辅助函数，这些辅助函数只能在当前命名空间内访问

2. 辅助函数

inline char get_char(const int x) {return char(x + 65);
}inline int get_value(const char c) {return int(c - 65);
}

get_char：将0-25的整数值转换为对应的英文字母（A-Z）
get_value：将英文字母（A-Z）转换为0-25的整数值
这两个函数通过ASCII码表进行转换（A的ASCII值为65）

3. 加密函数

std::string encrypt(const std::string& text, const int& shift) {std::string encrypted_text = "";for (char c : text) {int place_value = get_value(c);place_value = (place_value + shift) % 26;char new_char = get_char(place_value);encrypted_text += new_char;}return encrypted_text;
}

遍历输入文本的每个字符
获取字符的整数值，应用凯撒密码公式：(原值 + 移位数) % 26
将加密后的整数值转换为字符，添加到结果字符串
返回加密后的文本

4. 解密函数

std::string decrypt(const std::string& text, const int& shift) {std::string decrypted_text = "";for (char c : text) {int place_value = get_value(c);place_value = (place_value - shift) % 26;if (place_value < 0) {place_value = place_value + 26;}char new_char = get_char(place_value);decrypted_text += new_char;}return decrypted_text;
}

与加密函数类似，但移位方向相反
添加了对负值的处理，确保解密后的值在0-25范围内

5. 测试函数

void test() {// Test 1std::string text1 = "ALANTURING";std::string encrypted1 = ciphers::caesar::encrypt(text1, 17);std::string decrypted1 = ciphers::caesar::decrypt(encrypted1, 17);assert(text1 == decrypted1);std::cout << "Original text : " << text1;std::cout << " , Encrypted text (with shift = 17) : " << encrypted1;std::cout << " , Decrypted text : " << decrypted1 << std::endl;// Test 2std::string text2 = "HELLOWORLD";std::string encrypted2 = ciphers::caesar::encrypt(text2, 1729);std::string decrypted2 = ciphers::caesar::decrypt(encrypted2, 1729);assert(text2 == decrypted2);std::cout << "Original text : " << text2;std::cout << " , Encrypted text (with shift = 1729) : " << encrypted2;std::cout << " , Decrypted text : " << decrypted2 << std::endl;
}

测试了两个不同的输入字符串和移位值
使用 assert 确保加密和解密是互逆过程
打印了原始文本、加密文本和解密文本

6. 主函数

int main() {test();return 0;
}

调用测试函数运行测试案例

总结

这段代码实现了标准的凯撒密码加密解密功能，具有以下特点：

使用命名空间组织代码
提供了辅助函数处理字符和整数之间的转换
实现了加密和解密的核心逻辑
包含了测试代码验证功能的正确性
处理了负值等边界情况

代码结构清晰，功能完整，适合学习和使用凯撒密码的基础实现。