c#中Random类、DateTime类、String类

C# 中 Random 类分析

Random 类用于生成伪随机数，位于 System 命名空间。它的核心机制是基于一个种子值 (seed)，通过算法生成看似随机的数列。相同种子会生成相同的随机数序列，这在需要可重现的随机场景中很有用。

核心特点

1. 种子与随机性

   • 默认构造函数使用当前时间戳作为种子，因此每次运行生成不同序列。

   • 若显式指定种子（如 new Random(123)），则生成确定性序列。

   Random rnd1 = new Random(1);
   Random rnd2 = new Random(1);
   Console.WriteLine(rnd1.Next() == rnd2.Next()); // 输出 True

2. 线程安全

   • Random 实例非线程安全，多线程环境需外部同步（如锁）。

   • 推荐每个线程使用独立的 Random 实例，或使用线程安全的 System.Random.Shared（.NET 6+）。

3. 生成范围

   • Next()：生成 0 到 int.MaxValue 之间的整数。

   • Next(int max)：生成 0 到 max-1 之间的整数。

   • Next(int min, int max)：生成 [min, max) 区间的整数（含 min，不含 max）。

4. 浮点数生成

   • NextDouble()：生成 0.0 到 1.0 之间的双精度浮点数（不含 1.0）。

常见问题与优化

• 问题 ：短时间内创建多个 Random 实例可能生成相同序列（因时间种子相同）。

  // 错误示例：短时间内创建多个实例
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
      Console.WriteLine(new Random().Next(100)); // 可能输出相同值
  }

• 解决方案 ：复用单个 Random 实例。

  Random rnd = new Random();
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
      Console.WriteLine(rnd.Next(100)); // 正确输出不同随机数
  }

• 高级需求 ：若需更高质量的随机数（如密码学场景），使用 System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator。

C# 中 DateTime 类分析

DateTime 表示特定的时间点，精度为 100 纳秒，存储为自 0001 年 1 月 1 日以来的 ticks 数 。它是值类型 （struct），不可变。

核心特点

1. 三种类型

   • DateTimeKind.Utc：协调世界时（如 DateTime.UtcNow）。

   • DateTimeKind.Local：本地时间（如 DateTime.Now）。

   • DateTimeKind.Unspecified：未指定时区的时间（默认）。

2. 常用属性

   DateTime now = DateTime.Now;
   Console.WriteLine(now.Year);     // 年
   Console.WriteLine(now.Month);    // 月
   Console.WriteLine(now.DayOfWeek); // 星期几（枚举）

3. 日期运算

   • 使用 AddDays(), AddHours(), AddMonths() 等方法返回新的 DateTime。

   DateTime tomorrow = DateTime.Now.AddDays(1);

4. 比较与差值

   DateTime a = DateTime.Now;
   DateTime b = a.AddHours(1);
   TimeSpan diff = b - a;
   Console.WriteLine(diff.TotalHours); // 输出 1

时区处理

• 本地时间与 UTC：

  DateTime local = DateTime.Now;
  DateTime utc = local.ToUniversalTime(); // 转换为 UTC

• 时区转换

  ：需使用TimeZoneInfo类（.NET 3.5+）。

  TimeZoneInfo tz = TimeZoneInfo.FindSystemTimeZoneById("China Standard Time");
  DateTime chinaTime = TimeZoneInfo.ConvertTimeFromUtc(DateTime.UtcNow, tz);

字符串与 DateTime 互转

1. 解析字符串：

   DateTime.Parse("2023-10-01");       // 自动解析
   DateTime.ParseExact("20231001", "yyyyMMdd", null); // 指定格式

2. 格式化输出：

   DateTime now = DateTime.Now;
   Console.WriteLine(now.ToString("yyyy-MM-dd")); // 输出：2023-10-01
   Console.WriteLine(now.ToString("HH:mm:ss"));   // 输出：14:30:00

C# 中 String 类分析

String 是引用类型，但具有不可变性 （immutable），所有操作都会返回新字符串。它本质是 char 数组的封装。

核心特点

1. 不可变性

   string s = "hello";
   s.ToUpper(); // 返回新字符串 "HELLO"，原 s 不变

2. 字符串池（String Intern Pool）

   • 相同字面量的字符串共享内存：

     string a = "test";
     string b = "test";
     Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(a, b)); // 输出 True

   • 通过

     string.Intern()

     手动入池：

     string c = string.Intern(new StringBuilder("test").ToString());
     Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(a, c)); // 输出 True

3. 常用操作

   string s = "  Hello, World!  ";
   Console.WriteLine(s.Trim());      // 去除空格
   Console.WriteLine(s.Contains("World")); // 检查包含
   Console.WriteLine(s.Substring(7, 5));   // 截取 "World"

性能优化

• 频繁拼接 ：使用 StringBuilder 避免创建过多临时字符串。

  StringBuilder sb = new StringBuilder();
  for (int i = 0; i < 1000; i++) {
      sb.Append(i);
  }
  string result = sb.ToString(); // 高效拼接

• 字符串插值 ：比 string.Format 更简洁高效。

  string name = "Alice";
  string msg = $"Hello, {name}!"; // 等价于 string.Format("Hello, {0}!", name)

内存注意事项

• 大字符串的 Substring() 可能导致内存泄漏（.NET Framework 中），.NET Core 已修复。

• 推荐使用 Span<char> 或 Memory<char> 处理大字符串切片，避免内存复制。

三者对比总结

类	类型	核心特性
Random	引用类型	伪随机数生成器，需注意种子和线程安全问题。
DateTime	值类型	不可变，存储为 ticks，支持时区转换和格式化。
String	引用类型	不可变，支持丰富操作，注意性能优化（如 StringBuilder 和插值）。