1. 凯撒密码加密与解密

任务目标

实现凯撒密码的加密与解密函数，支持任意整数移位（正数加密、负数解密），并通过已知明文/密文对验证正确性。

实现方案

凯撒密码将字母表中的每个字母替换为向后（或向前）固定位数的字母。本实现仅处理英文字母（A-Z，a-z），保留大小写，非字母字符（空格、数字、标点）原样保留。移位值通过取模26归一化到0~25范围，确保任意整数移位（包括负数）均能正确工作。

完整代码

def caesar_encrypt(plaintext: str, shift: int) -> str:
    """凯撒加密：将每个英文字母向后移动shift位（shift可为任意整数）"""
    result = []
    shift %= 26  # 归一化，处理任意大或负的移位
    for ch in plaintext:
        if 'a' <= ch <= 'z':
            result.append(chr((ord(ch) - ord('a') + shift) % 26 + ord('a')))
        elif 'A' <= ch <= 'Z':
            result.append(chr((ord(ch) - ord('A') + shift) % 26 + ord('A')))
        else:
            result.append(ch)  # 非字母字符不变
    return ''.join(result)

def caesar_decrypt(ciphertext: str, shift: int) -> str:
    """凯撒解密：将每个英文字母向前移动shift位（即加密的逆操作）"""
    return caesar_encrypt(ciphertext, -shift)

# ---- 验证 ----
if __name__ == '__main__':
    # 测试用例1：已知明文和移位
    plain = "Hello, World! 123"
    shift = 3
    cipher = caesar_encrypt(plain, shift)
    decrypted = caesar_decrypt(cipher, shift)
    assert cipher == "Khoor, Zruog! 123", f"加密结果错误: {cipher}"
    assert decrypted == plain, f"解密结果错误: {decrypted}"
    print(f"明文: {plain}")
    print(f"移位: {shift}")
    print(f"密文: {cipher}")
    print(f"解密: {decrypted}")

    # 测试用例2：负移位（等价于解密）
    cipher2 = caesar_encrypt("abcXYZ", -2)
    assert cipher2 == "yzaVWX", f"负移位加密错误: {cipher2}"
    assert caesar_decrypt(cipher2, -2) == "abcXYZ"
    print("负移位测试通过")

    # 测试用例3：移位超过26（取模）
    cipher3 = caesar_encrypt("abc", 26 + 1)  # 等价于移位1
    assert cipher3 == "bcd", f"大移位错误: {cipher3}"
    print("大移位测试通过")

    print("全部测试通过")

运行与验证

将代码保存为 caesar.py，在终端执行：

python caesar.py

程序通过断言（assert）自动验证三组测试：

• 已知明文测试："Hello, World! 123" 移位3，预期密文为 "Khoor, Zruog! 123"，解密后还原明文。
• 负移位测试：移位-2加密 "abcXYZ"，预期得到 "yzaVWX"，解密还原。
• 大移位测试：移位27（即26+1）加密 "abc"，预期与移位1结果相同，为 "bcd"。

若所有断言通过，终端输出三组测试的明文/密文信息及"全部测试通过"；否则程序抛出AssertionError并终止，说明对应实现有误。

关键说明

• 解密函数直接复用加密函数，传入负移位实现逆操作，避免重复逻辑。
• 移位归一化 shift %= 26 保证任意整数（包括负数、超过26的数）都能正确处理。
• 非字母字符（空格、数字、标点）不参与变换，保持原样输出。