将byte[]转换为十六进制字符串-基准测试/性能分析

更新日期：2022-04-17

从.NET 5开始，您应该使用Convert.ToHexString（bytes[]）！

using System;
string result = Convert.ToHexString(bytesToConvert);

关于此排行榜和基准

Thymine的比较似乎过时且不完整，尤其是在.NET 5及其Convert.ToHexString之后，所以我决定~~从字节到十六进制字符串的兔子洞~~创建一个新的、更新的比较，其中包含这两个问题的答案中的更多方法。

我使用的是BencharkDotNet，而不是定制的基准测试脚本，这有望使结果更准确。请记住，微观基准测试永远不能代表实际情况，您应该进行测试。

我在AMD Ryzen 5800H的Linux上运行了这些基准测试，内核为5.15.32，内存为2x8 GB DDR4@2133 MHz。请注意，完成整个基准测试可能需要很多时间——在我的机器上大约需要40分钟。

大写输出与小写输出

所有提到的方法（除非另有说明）都只关注UPPERCASE输出。这意味着输出将看起来像B33F69，而不是B33F69。

Convert.ToHexString的输出始终为大写。不过，值得庆幸的是，与ToLower（）配合使用时，性能并没有显著下降，尽管这两种不安全的方法都会更快。

在某些方法中（尤其是具有位运算符魔力的方法），有效地将字符串小写可能是一个挑战，但在大多数情况下，将参数X2更改为X2或将映射中的字母从大写更改为小写就足够了。

排行榜

按平均值N=100排序。参考点是StringBuilderForEachByte方法。

结论

ConvertToHexString方法无疑是目前最快的方法，在我看来，如果您有选择的话，应该始终使用它-它既快速又干净。

using System;

string result = Convert.ToHexString(bytesToConvert);

如果没有，我决定在下面强调另外两种我认为值得使用的方法。我决定不强调不安全的方法，因为这样的代码可能不仅是不安全的，而且我合作过的大多数项目都不允许这样的代码。

值得一提

第一个是LookupPerByteSpan。从这个答案中可以看出，该代码与LookupPerBytebyCodesInChaos中的代码几乎相同。这是最快且不安全的基准方法。原始版本和本版本之间的区别在于，对更短的输入使用堆栈分配（最多512字节）。这使得该方法在这些输入上快10%左右，但在较大的输入上慢5%左右。由于我使用的大多数数据都比大数据短，所以我选择了这个。LookupSpanPerByteSpan也非常快，但与所有其他方法相比，其ReadOnlySpan<byte>映射的代码大小太大。

private static readonly uint[] Lookup32 = Enumerable.Range(0, 256).Select(i =>
{
    string s = i.ToString("X2");
    return s[0] + ((uint)s[1] << 16);
}).ToArray();

public string ToHexString(byte[] bytes)
{
    var result = bytes.Length * 2 <= 1024
        ? stackalloc char[bytes.Length * 2]
        : new char[bytes.Length * 2];

    for (int i = 0; i < bytes.Length; i++)
    {
        var val = Lookup32[bytes[i]];
        result[2 * i] = (char)val;
        result[2 * i + 1] = (char)(val >> 16);
    }

    return new string(result);
}

第二个是LookupAndShiftAlphabetSpanMultiply。首先，我想提一下，这是我的创作。然而，我相信这种方法不仅速度很快，而且很容易理解。速度来自于C#7.3中发生的变化，其中声明的ReadOnlyPan＜byte＞方法返回常量数组初始化-新字节｛1，2，3，…｝-被编译为程序的静态数据，因此省略了冗余内存。[来源]

private static ReadOnlySpan<byte> HexAlphabetSpan => new[]
{
    (byte)'0', (byte)'1', (byte)'2', (byte)'3',
    (byte)'4', (byte)'5', (byte)'6', (byte)'7',
    (byte)'8', (byte)'9', (byte)'A', (byte)'B',
    (byte)'C', (byte)'D', (byte)'E', (byte)'F'
};

public static string ToHexString(byte[] bytes)
{
    var res = bytes.Length * 2 <= 1024 ? stackalloc char[bytes.Length * 2] : new char[bytes.Length * 2];

    for (var i = 0; i < bytes.Length; ++i)
    {
        var j = i * 2;
        res[j] = (char)HexAlphabetSpan[bytes[i] >> 4];
        res[j + 1] = (char)HexAlphabetSpan[bytes[i] & 0xF];
    }

    return new string(res);
}

源代码

所有方法的源代码、基准和这个答案都可以在GitHub上的Gist中找到。

两个mashup，将两个半字节操作合并为一个。

可能非常有效的版本：

public static string ByteArrayToString2(byte[] ba)
{
    char[] c = new char[ba.Length * 2];
    for( int i = 0; i < ba.Length * 2; ++i)
    {
        byte b = (byte)((ba[i>>1] >> 4*((i&1)^1)) & 0xF);
        c[i] = (char)(55 + b + (((b-10)>>31)&-7));
    }
    return new string( c );
}

Decadent linq与比特黑客版本：

public static string ByteArrayToString(byte[] ba)
{
    return string.Concat( ba.SelectMany( b => new int[] { b >> 4, b & 0xF }).Select( b => (char)(55 + b + (((b-10)>>31)&-7))) );
}

并反转：

public static byte[] HexStringToByteArray( string s )
{
    byte[] ab = new byte[s.Length>>1];
    for( int i = 0; i < s.Length; i++ )
    {
        int b = s[i];
        b = (b - '0') + ((('9' - b)>>31)&-7);
        ab[i>>1] |= (byte)(b << 4*((i&1)^1));
    }
    return ab;
}

我没有得到你建议的代码，Olipro。hex[i]+hex[i+1]显然返回了int。

然而，我确实从Waleeds代码中得到了一些提示，并将其结合在一起，取得了一些成功。这很难看，但根据我的测试（使用patricges测试机制），与其他测试相比，它似乎有1/3的时间在工作和执行。取决于输入大小。切换？：s首先将0-9分隔开可能会产生稍微更快的结果，因为数字比字母多。

public static byte[] StringToByteArray2(string hex)
{
    byte[] bytes = new byte[hex.Length/2];
    int bl = bytes.Length;
    for (int i = 0; i < bl; ++i)
    {
        bytes[i] = (byte)((hex[2 * i] > 'F' ? hex[2 * i] - 0x57 : hex[2 * i] > '9' ? hex[2 * i] - 0x37 : hex[2 * i] - 0x30) << 4);
        bytes[i] |= (byte)(hex[2 * i + 1] > 'F' ? hex[2 * i + 1] - 0x57 : hex[2 * i + 1] > '9' ? hex[2 * i + 1] - 0x37 : hex[2 * i + 1] - 0x30);
    }
    return bytes;
}

有一个简单的一行解决方案尚未提及，它将十六进制字符串转换为字节数组（我们不在乎这里的否定解释，因为这无关紧要）：

BigInteger.Parse(str, System.Globalization.NumberStyles.HexNumber).ToByteArray().Reverse().ToArray();

有一个名为SoapHexBinary的类，它完全符合您的需要。

using System.Runtime.Remoting.Metadata.W3cXsd2001;

public static byte[] GetStringToBytes(string value)
{
    SoapHexBinary shb = SoapHexBinary.Parse(value);
    return shb.Value;
}

public static string GetBytesToString(byte[] value)
{
    SoapHexBinary shb = new SoapHexBinary(value);
    return shb.ToString();
}

这可以从字符串到字节数组。。。

public static byte[] StrToByteArray(string str)
    {
        Dictionary<string, byte> hexindex = new Dictionary<string, byte>();
        for (byte i = 0; i < 255; i++)
            hexindex.Add(i.ToString("X2"), i);

        List<byte> hexres = new List<byte>();
        for (int i = 0; i < str.Length; i += 2)
            hexres.Add(hexindex[str.Substring(i, 2)]);

        return hexres.ToArray();
    }