C++使用位运算符（按位异或 “^”运算符）实现对一段文本的加密和解密。

原创已于 2025-10-04 17:02:33 修改 · 832 阅读

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#c++ #算法

于 2025-10-03 01:47:31 首次发布

首先需要知道通过位运算进行加密和解密的原理：一个字符（明文）首先要转换成int形式（它的ascii码值），再转换为二进制数，密钥同理，然后与密钥进行异或运算，得到的结果再转换为10进制数(ascii码值)，再转换为字符。

还需知道：a(明文) ^ b(密钥) = c(密文) c(密文) ^ b(密钥) = a(明文) 至于论证，不属于本篇论述范畴。

接下来看一道题：

使用位运算符(按位异或“^”运算符)实现对一段文本的加密和解密。其中明文(plaintext)为“Hello world”，密钥(key)为“CDU”，生成秘文(ciphertext)。并可以使用ciphertext和key恢复为plaintext。

我们先来看加密部分。加密可以分为三个步骤：1.获取明文 2.提取单个字符 3. 将单个字符加密后返回

1.获取明文：可以是最简单的cin，但这样缓冲区会留有'\n'，后续会造成一些莫名其妙的麻烦，因此选择不会在缓冲区留有字符的getline函数。

string pat;
getline(cin,pat);

2.提取单个字符：这里需要使用范围循环for(char a : str)，意思是在for循环中声明一个变量a（冒号"："后面是容器名字），每次迭代（循环）a作为该容器当前元素的副本，然后执行循环体。更详细的介绍请自行查阅。

string plaintext(const string &pat){//明文加密
    string ciphertext;
    for(char ch : pat){/获取单个字符进行加密然后拼接
        ciphertext += encryption(ch);
    }
    return ciphertext;
}

3. 加密字符：将提取的字符与"C" "D" "U"分别异或然后返回。即：char ch = a ^ 'C' ^ 'D' ^ 'U';return ch;

char encryption(char ch){//加密单个字符
    ch = ch ^ 'C' ^ 'D' ^ 'U';
    return ch;
}

在获取到了加密后的字符后在范围循环里将每个字符拼接起来（看第二步的代码）。

这样我们就完成了加密部分。然后我们打印解密后的字符串即可。

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <vector>

using namespace std;

char encryption(char ch){//加密单个字符
    ch = ch ^ 'C' ^ 'D' ^ 'U';
    return ch;
}

string plaintext(const string &pat){//明文加密
    string ciphertext;
    for(char ch : pat){//获取单个字符进行加密然后拼接
        ciphertext += encryption(ch);
    }
    return ciphertext;
}

我们试着运行以下，输入"Hello World!"，得到密文，然后将该密文再输进去得到明文。会发现无法实现。

这里有个问题，字符加密后变成不可显示字符那么就会打印出错甚至省略。那么如何确保加密后的密文全部显示出来？

答案是使用16进制，将每个字符转换成16进制后打印，每个字符得以显示。但是还要考虑一点，以16进制显示的话有些字符可能是单个数，有些是两个数，比如在显示一个十六进制字符串时，如果最高位是0，有些输出可能会省略前面的0。例如，一个字节的值为0x0A，可能会被显示为"A"，而不是"0A"。但这通常取决于具体的输出函数或格式设置。我们通常会设置宽度和填充，以确保输出两个数字。

所以我们需要将cout语句改成这样：

for(unsigned char ch:temp){
                cout << hex << setw(2) << setfill('0') << (int)ch;
            }

ch为什么要声明为unsigned char而不是char，ai解释得更清楚：

具体来说，在C++中，char的类型可能是有符号的（signed char）或无符号的（unsigned char），这取决于编译器和平台。当我们使用(int)ch将char转换为整数时，如果char是有符号的且值为负（即最高位为1），那么转换后的整数将是一个负数。而在十六进制输出中，我们通常希望得到的是该字符的无符号字节表示。

例如，假设有一个字符ch的二进制表示为10000001（即129的无符号值，但作为有符号char则为-127）。如果我们将它转换为整数，有符号的char会进行符号扩展，转换为-127，而十六进制输出会输出负数的十六进制表示，这通常不是我们想要的。

而使用unsigned char则可以确保我们得到的是该字节的无符号整数值（0到255之间），这样在输出十六进制时就能正确显示。

hex：后面内容以16进制输出 setw(2)：每次输出固定两个字符 setfill('0')：只有一个字符时前面补0

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此刻加密步骤完成。我们再来看解密步骤。

作为加密的逆运算，易知步骤：1.获取密文 2.提取单个字符 3.转译为明文

1.获取明文：和加密步骤一样，getline获取密文。

2.提取单个字符：我们获得的密文是一长串连续的16进制的字符，在加密步骤

中，我们保证了输出的每个字符一定是两个16进制字符，因此我们可以每次2个字符2个字符的截断

void divide(const string &cpt){//字符串截断
    int length = 2;//每次处理2位
    string spt;
    for(int i=0;i<cpt.length();i+=length){
        spt = cpt.substr(i,length);
    }
}

cpt.length()获取字符串cpt的长度，返回值为int型，该函数为类函数（string类）。

cpt.substr(i,length)，从i位置开始，获取长度为length的的子字符串，返回值为string型，该函数为了函数（string类）。

由此，我们获得了密文里每个字符的两个16进制字符。

接下来就是将这两个16进制字符转换为16进制的数字。这里需要使用stoi函数（string的类函数），作用是将字符串转换为数值。类似的还有stol,stoul等等，本篇不涉及，请自行查阅。

void ciphertext(const string &cpt){//密文解密
    int plaintext = stoi(cpt,nullptr,16);//字符串转为16进制数值
    char ciphertext_char = (char)plaintext;//将该数值转换为对应的字符
    cout << encryption(ciphertext_char);
}

也许有同学会有疑惑，为什么字符串转换为16进制的数值后可以直接强转为char类型？stoi函数是将字符串转为16进制数值对应的10进制数值，因此跳过了我们手动将16进制转为10进制的步骤，该10进制数值便是密文的ascii码

3.转译明文：获取到的密文字符通过加密函数得到明文，原理就在开头说的异或运算的等式。

看到这里，该题的核心内容已经讲解完毕，下面是经过完善的完整代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <vector>

using namespace std;

char encryption(char ch){//加密单个字符
    ch = ch ^ 'C' ^ 'D' ^ 'U';
    return ch;
}

string plaintext(const string &pat){//明文加密
    string ciphertext;
    for(char ch : pat){//获取单个字符进行加密然后拼接
        ciphertext += encryption(ch);
    }
    return ciphertext;
}

void ciphertext(const string &cpt){//密文解密
    int plaintext = stoi(cpt,nullptr,16);
    char ciphertext_char = (char)plaintext;
    cout << encryption(ciphertext_char);
}

void divide(const string &cpt){//字符串截断
    int length = 2;//每次处理2位
    string spt;
    for(int i=0;i<cpt.length();i+=length){
        spt = cpt.substr(i,length);//获取2个16进制字符
        ciphertext(spt);
    }
    cout << endl;
}

int main(){
    string select;
    do{
        cout << '\n' << '\n';
        cout << "encryption or decryption?(e/d)" <<endl;
        getline(cin,select);
        if(select == "e"){
            cout << "your text: ";
            string pat;
            getline(cin,pat);
            string temp = plaintext(pat);
            for(unsigned char ch:temp){
                cout << hex << setw(2) << setfill('0') << (int)ch;
            }
            cout << endl;
        }
        else if(select == "d"){
            cout << "your text: ";
            string ciphertext;
            getline(cin,ciphertext);
            divide(ciphertext);
        }
        else{
            cout << "error!\n\n ";
        }
        cout << "again?(y/n) " << endl;
        getline(cin,select);
    }while(select == "y");
}

运行结果：

结语：本文写作的重点的是让读者知道完成该功能需要了解哪些函数，也许不能为读者解惑，请见谅。本人初学C++，对于一些概念还不太清楚，也许会有什么错误的解释，这道题我也是到处查资料，问了ds好多东西才写出来的，难免有冗余的地方，如有问题，恳请指出。同时，C++面向对象的思想几乎没有，主要是C的思想，所以代码也许会让大家看的不舒服，如有更好的代码，还请不要吝啬分享。本人C也是个菜鸟，现在又来学C++，已经受不了了，C++还未入门，已先入坟。

与诸君共勉。