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。

可以使用从.NET 5开始的Convert.ToHexString。还有一个用于反向操作的方法：Convert.FromHexString。

对于较旧版本的.NET，您可以使用：

public static string ByteArrayToString(byte[] ba)
{
  StringBuilder hex = new StringBuilder(ba.Length * 2);
  foreach (byte b in ba)
    hex.AppendFormat("{0:x2}", b);
  return hex.ToString();
}

or:

public static string ByteArrayToString(byte[] ba)
{
  return BitConverter.ToString(ba).Replace("-","");
}

举个例子，这里有更多的方法。

反向转换如下：

public static byte[] StringToByteArray(String hex)
{
  int NumberChars = hex.Length;
  byte[] bytes = new byte[NumberChars / 2];
  for (int i = 0; i < NumberChars; i += 2)
    bytes[i / 2] = Convert.ToByte(hex.Substring(i, 2), 16);
  return bytes;
}

使用Substring是与Convert.ToByte结合使用的最佳选项。有关详细信息，请参阅此答案。如果需要更好的性能，必须避免Convert.ToByte，然后才能删除SubString。

对老年人来说最快的方法。。。想念你的指针

    static public byte[] HexStrToByteArray(string str)
    {
        byte[] res = new byte[(str.Length % 2 != 0 ? 0 : str.Length / 2)]; //check and allocate memory
        for (int i = 0, j = 0; j < res.Length; i += 2, j++) //convert loop
            res[j] = (byte)((str[i] % 32 + 9) % 25 * 16 + (str[i + 1] % 32 + 9) % 25);
        return res;
    }

如果您希望比BitConverter更灵活，但不希望使用那些笨重的90年代风格的显式循环，那么您可以这样做：

String.Join(String.Empty, Array.ConvertAll(bytes, x => x.ToString("X2")));

或者，如果您使用的是.NET 4.0：

String.Concat(Array.ConvertAll(bytes, x => x.ToString("X2")));

（后者来自对原帖子的评论。）

从微软的开发人员那里，一个很好的、简单的转换：

public static string ByteArrayToString(byte[] ba) 
{
    // Concatenate the bytes into one long string
    return ba.Aggregate(new StringBuilder(32),
                            (sb, b) => sb.Append(b.ToString("X2"))
                            ).ToString();
}

虽然上面的内容简洁紧凑，但性能狂热者会使用枚举器对此尖叫不已。通过Tomalak原始答案的改进版本，您可以获得最佳性能：

public static string ByteArrayToString(byte[] ba)   
{   
   StringBuilder hex = new StringBuilder(ba.Length * 2);   

   for(int i=0; i < ba.Length; i++)       // <-- Use for loop is faster than foreach   
       hex.Append(ba[i].ToString("X2"));   // <-- ToString is faster than AppendFormat   

   return hex.ToString();   
} 

这是迄今为止我在这里看到的所有例程中速度最快的。不要只相信我的话…对每个例程进行性能测试并自行检查其CIL代码。

用@CodesInChaus补充答案（反向方法）

public static byte[] HexToByteUsingByteManipulation(string s)
{
    byte[] bytes = new byte[s.Length / 2];
    for (int i = 0; i < bytes.Length; i++)
    {
        int hi = s[i*2] - 65;
        hi = hi + 10 + ((hi >> 31) & 7);

        int lo = s[i*2 + 1] - 65;
        lo = lo + 10 + ((lo >> 31) & 7) & 0x0f;

        bytes[i] = (byte) (lo | hi << 4);
    }
    return bytes;
}

说明：

&0x0f还支持小写字母

hi=hi+10+（（hi>>31）&7）；与以下内容相同：

hi=ch-65+10+（（ch-65）>>31）&7）；

对于“0”9’与hi＝ch-65+10+7相同；其为hi＝ch-48（这是因为0xffffff&7）。

对于“A”F’为hi=ch-65+10；（这是因为0x00000000&7）。

对于“a”我们必须使用大数字，所以我们必须通过使用&0x0f使某些位为0，从默认版本中减去32。

65是“A”的代码

48是“0”的代码

7是ASCII表中“9”和“A”之间的字母数（…456789:；<=>？@ABCD…）。