【加解密与C】Rot系列(二)Rot13

Rot13 简介

Rot13（Rotate by 13 places）是一种简单的字母替换加密算法，属于凯撒密码（Caesar cipher）的特例。它将字母表中的每个字母替换为字母表中距离它13个位置的字母。例如，字母 A 替换为 N，B 替换为 O，以此类推。由于英文字母有26个字符，Rot13的特点是加密和解密使用相同的算法。

Rot13 算法规则

• 对字母表中的每个字母，进行如下替换：
  • 大写字母 A-Z：A → N，B → O，…，M → Z，N → A，…，Z → M。
  • 小写字母 a-z：a → n，b → o，…，m → z，n → a，…，z → m。
• 非字母字符（如数字、标点符号）保持不变。

Rot13 示例

• 明文：Hello, World!
• Rot13 密文：Uryyb, Jbeyq!
• 对密文再次应用 Rot13 可还原为明文。

Rot13 的用途

• 轻量级文本混淆：常用于论坛或聊天中隐藏剧透、敏感信息或谜题答案。
• 无安全性：Rot13 不提供真正的加密，仅适用于趣味性场景。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
#include <stdbool.h>/*** ROT13编码/解码函数* ROT13是一种简单的替换密码，将每个字母旋转13位：*   A → N, B → O, ..., M → Z*   N → A, O → B, ..., Z → M*   a → n, b → o, ..., m → z*   n → a, o → b, ..., z → m* * 注意：ROT13是对称密码，编码和解码使用相同的算法* * @param input 输入字符串* @return 转换后的新字符串（需调用者释放内存）*/
char* rot13_transform(const char* input) {if (!input) return NULL;size_t len = strlen(input);char* output = malloc(len + 1);  // +1 for null terminatorif (!output) return NULL;for (size_t i = 0; i < len; i++) {unsigned char c = input[i];if (isalpha(c)) {char base = isupper(c) ? 'A' : 'a';// 应用ROT13转换output[i] = ((c - base + 13) % 26) + base;} else {// 非字母字符保持不变output[i] = c;}}output[len] = '\0';return output;
}// 为清晰起见定义别名
#define rot13_encode(input) rot13_transform(input)
#define rot13_decode(input) rot13_transform(input)// ===================== 测试工具函数 =====================
static void run_test(const char* test_name, const char* input, const char* expected) {printf("测试 '%s':\n  输入: \"%s\"\n", test_name, input);char* result = rot13_transform(input);if (!result) {printf("  \033[31m错误: 内存分配失败\033[0m\n\n");return;}bool success = strcmp(result, expected) == 0;printf("  结果: \"%s\"\n  预期: \"%s\"\n", result, expected);printf("  %s\n\n", success ? "\033[32m✓ 通过\033[0m" : "\033[31m✗ 失败\033[0m");free(result);
}static void run_round_trip_test(const char* test_name, const char* input) {printf("往返测试 '%s':\n  原始: \"%s\"\n", test_name, input);// 编码char* encoded = rot13_encode(input);if (!encoded) {printf("  \033[31m错误: 编码内存分配失败\033[0m\n\n");return;}printf("  编码后: \"%s\"\n", encoded);// 解码char* decoded = rot13_decode(encoded);if (!decoded) {printf("  \033[31m错误: 解码内存分配失败\033[0m\n\n");free(encoded);return;}printf("  解码后: \"%s\"\n", decoded);// 验证bool success = strcmp(input, decoded) == 0;printf("  %s\n\n", success ? "\033[32m✓ 通过\033[0m" : "\033[31m✗ 失败\033[0m");free(encoded);free(decoded);
}static void boundary_tests() {printf("=== 边界测试 ===\n");// 测试1: 空输入run_test("空输入", "", "");// 测试2: 全字母run_test("全大写字母", "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ", "NOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLM");run_test("全小写字母", "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz", "nopqrstuvwxyzabcdefghijklm");// 测试3: 无字母run_test("无字母", "12345!@#$%", "12345!@#$%");// 测试4: 混合内容run_test("混合内容", "Hello World! 123", "Uryyb Jbeyq! 123");// 测试5: 边界字母run_test("边界字母", "AMNZamzn", "NZMANzam");// 测试6: NULL输入char* result = rot13_transform(NULL);if (result == NULL) {printf("NULL输入测试: \033[32m✓ 通过 (返回NULL)\033[0m\n");} else {printf("NULL输入测试: \033[31m✗ 失败 (应返回NULL)\033[0m\n");free(result);}printf("\n");
}static void round_trip_tests() {printf("=== 往返测试 ===\n");run_round_trip_test("简单文本", "ROT13 is fun!");run_round_trip_test("混合内容", "User123: Password456!");run_round_trip_test("特殊字符", "Hello! @#$%^&*()_+");run_round_trip_test("边界值", "AzaZ");run_round_trip_test("长文本", "The quick brown fox jumps over the lazy dog. 1234567890");printf("\n");
}static void performance_test() {printf("=== 性能测试 ===\n");// 创建长字符串 (1MB)const size_t size = 1024 * 1024;char* long_str = malloc(size + 1);if (!long_str) {printf("内存分配失败\n");return;}// 填充字母和数字for (size_t i = 0; i < size; i++) {long_str[i] = (i % 62 < 26) ? 'A' + (i % 26) : (i % 62 < 52) ? 'a' + (i % 26) : '0' + (i % 10);}long_str[size] = '\0';printf("测试字符串长度: %zu MB\n", size / (1024 * 1024));// 执行转换clock_t start = clock();char* transformed = rot13_transform(long_str);clock_t end = clock();if (transformed) {double elapsed = (double)(end - start) / CLOCKS_PER_SEC;printf("处理时间: %.4f 秒\n", elapsed);printf("吞吐量: %.2f MB/s\n", (size / (1024.0 * 1024.0)) / elapsed);// 验证往返转换char* roundtrip = rot13_transform(transformed);if (roundtrip) {bool success = strcmp(long_str, roundtrip) == 0;printf("往返验证: %s\n", success ? "\033[32m✓ 成功\033[0m" : "\033[31m✗ 失败\033[0m");free(roundtrip);}free(transformed);}free(long_str);printf("\n");
}// 主测试函数
int main() {printf("=====================\n");printf("  ROT13 编码/解码测试\n");printf("=====================\n\n");// 基础功能测试printf("=== 基础功能测试 ===\n");run_test("A → N", "A", "N");run_test("N → A", "N", "A");run_test("a → n", "a", "n");run_test("z → m", "z", "m");run_test("Hello → Uryyb", "Hello", "Uryyb");run_test("Uryyb → Hello", "Uryyb", "Hello");run_test("数字不变", "12345", "12345");run_test("特殊字符不变", "!@#$%", "!@#$%");// 边界测试boundary_tests();// 往返测试round_trip_tests();// 性能测试performance_test();printf("测试完成\n");return 0;
}