C# 中 Random 類分析

Random 類用于生成偽隨機數，位于 System 命名空間。它的核心機制是基于一個種子值 (seed)，通過算法生成看似隨機的數列。相同種子會生成相同的隨機數序列，這在需要可重現的隨機場景中很有用。

核心特點

1. 種子與隨機性

   • 默認構造函數使用當前時間戳作為種子，因此每次運行生成不同序列。

   • 若顯式指定種子（如 new Random(123)），則生成確定性序列。

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

2. 線程安全

   • Random 實例非線程安全，多線程環境需外部同步（如鎖）。

   • 推薦每個線程使用獨立的 Random 實例，或使用線程安全的 System.Random.Shared（.NET 6+）。

3. 生成范圍

   • Next()：生成 0 到 int.MaxValue 之間的整數。

   • Next(int max)：生成 0 到 max-1 之間的整數。

   • Next(int min, int max)：生成 [min, max) 區間的整數（含 min，不含 max）。

4. 浮點數生成

   • NextDouble()：生成 0.0 到 1.0 之間的雙精度浮點數（不含 1.0）。

常見問題與優化

• 問題：短時間內創建多個 Random 實例可能生成相同序列（因時間種子相同）。

  // 錯誤示例：短時間內創建多個實例
  for (int i = 0; i < 3; i++) {Console.WriteLine(new Random().Next(100)); // 可能輸出相同值
  }

• 解決方案：復用單個 Random 實例。

  Random rnd = new Random();
  for (int i = 0; i < 3; i++) {Console.WriteLine(rnd.Next(100)); // 正確輸出不同隨機數
  }

• 高級需求：若需更高質量的隨機數（如密碼學場景），使用 System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator。

C# 中 DateTime 類分析

DateTime 表示特定的時間點，精度為 100 納秒，存儲為自 0001 年 1 月 1 日以來的 ticks 數。它是值類型（struct），不可變。

核心特點

1. 三種類型

   • DateTimeKind.Utc：協調世界時（如 DateTime.UtcNow）。

   • DateTimeKind.Local：本地時間（如 DateTime.Now）。

   • DateTimeKind.Unspecified：未指定時區的時間（默認）。

2. 常用屬性

   DateTime now = DateTime.Now;
   Console.WriteLine(now.Year); ? ? // 年
   Console.WriteLine(now.Month); ? ?// 月
   Console.WriteLine(now.DayOfWeek); // 星期幾（枚舉）

3. 日期運算

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

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

4. 比較與差值

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

時區處理

• 本地時間與 UTC：

  DateTime local = DateTime.Now;
  DateTime utc = local.ToUniversalTime(); // 轉換為 UTC

• 時區轉換

  ：需使用TimeZoneInfo類（.NET 3.5+）。

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

字符串與 DateTime 互轉

1. 解析字符串：

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

2. 格式化輸出：

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

C# 中 String 類分析

String 是引用類型，但具有不可變性（immutable），所有操作都會返回新字符串。它本質是 char 數組的封裝。

核心特點

1. 不可變性

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

2. 字符串池（String Intern Pool）

   • 相同字面量的字符串共享內存：

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

   • 通過

     string.Intern()

     手動入池：

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

3. 常用操作

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

性能優化

• 頻繁拼接：使用 StringBuilder 避免創建過多臨時字符串。

  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 更簡潔高效。

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

內存注意事項

• 大字符串的 Substring() 可能導致內存泄漏（.NET Framework 中），.NET Core 已修復。

• 推薦使用 Span<char> 或 Memory<char> 處理大字符串切片，避免內存復制。

三者對比總結