如何将字节数组转换为十六进制字符串,反之亦然?


当前回答

为了方便以后复制和粘贴,将几个答案合并到一个类中:

/// <summary>
/// Extension methods to quickly convert byte array to string and back.
/// </summary>
public static class HexConverter
{
    /// <summary>
    /// Map values to hex digits
    /// </summary>
    private static readonly char[] HexDigits =
        {
            '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F'
        };

    /// <summary>
    /// Map 56 characters between ['0', 'F'] to their hex equivalents, and set invalid characters
    /// such that they will overflow byte to fail conversion.
    /// </summary>
    private static readonly ushort[] HexValues =
        {
            0x0000, 0x0001, 0x0002, 0x0003, 0x0004, 0x0005, 0x0006, 0x0007, 0x0008, 0x0009, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100,
            0x000A, 0x000B, 0x000C, 0x000D, 0x000E, 0x000F, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100,
            0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x0100, 0x000A, 0x000B,
            0x000C, 0x000D, 0x000E, 0x000F
        };

    /// <summary>
    /// Empty byte array 
    /// </summary>
    private static readonly byte[] Empty = new byte[0];

    /// <summary>
    /// Convert a byte array to a hexadecimal string.
    /// </summary>
    /// <param name="bytes">
    /// The input byte array.
    /// </param>
    /// <returns>
    /// A string of hexadecimal digits.
    /// </returns>
    public static string ToHexString(this byte[] bytes)
    {
        var c = new char[bytes.Length * 2];
        for (int i = 0, j = 0; i < bytes.Length; i++)
        {
            c[j++] = HexDigits[bytes[i] >> 4];
            c[j++] = HexDigits[bytes[i] & 0x0F];
        }

        return new string(c);
    }

    /// <summary>
    /// Parse a string of hexadecimal digits into a byte array.
    /// </summary>
    /// <param name="hexadecimalString">
    /// The hexadecimal string.
    /// </param>
    /// <returns>
    /// The parsed <see cref="byte[]"/> array.
    /// </returns>
    /// <exception cref="ArgumentException">
    /// The input string either contained invalid characters, or was of an odd length.
    /// </exception>
    public static byte[] ToByteArray(string hexadecimalString)
    {
        if (!TryParse(hexadecimalString, out var value))
        {
            throw new ArgumentException("Invalid hexadecimal string", nameof(hexadecimalString));
        }

        return value;
    }

    /// <summary>
    /// Parse a hexadecimal string to bytes
    /// </summary>
    /// <param name="hexadecimalString">
    /// The hexadecimal string, which must be an even number of characters.
    /// </param>
    /// <param name="value">
    /// The parsed value if successful.
    /// </param>
    /// <returns>
    /// True if successful.
    /// </returns>
    public static bool TryParse(string hexadecimalString, out byte[] value)
    {
        if (hexadecimalString.Length == 0)
        {
            value = Empty;
            return true;
        }

        if (hexadecimalString.Length % 2 != 0)
        {
            value = Empty;
            return false;
        }

        try
        {

            value = new byte[hexadecimalString.Length / 2];
            for (int i = 0, j = 0; j < hexadecimalString.Length; i++)
            {
                value[i] = (byte)((HexValues[hexadecimalString[j++] - '0'] << 4)
                                  | HexValues[hexadecimalString[j++] - '0']);
            }

            return true;
        }
        catch (OverflowException)
        {
            value = Empty;
            return false;
        }
    }
}

其他回答

这是一篇很棒的帖子。我喜欢瓦利德的解决方案。我还没有通过帕特里奇的测试,但似乎很快。我还需要反向过程,将十六进制字符串转换为字节数组,因此我将其作为Waleed解决方案的反向来编写。不确定它是否比托马拉克的原始解决方案更快。同样,我也没有通过帕特里奇的测试运行相反的过程。

private byte[] HexStringToByteArray(string hexString)
{
    int hexStringLength = hexString.Length;
    byte[] b = new byte[hexStringLength / 2];
    for (int i = 0; i < hexStringLength; i += 2)
    {
        int topChar = (hexString[i] > 0x40 ? hexString[i] - 0x37 : hexString[i] - 0x30) << 4;
        int bottomChar = hexString[i + 1] > 0x40 ? hexString[i + 1] - 0x37 : hexString[i + 1] - 0x30;
        b[i / 2] = Convert.ToByte(topChar + bottomChar);
    }
    return b;
}

对于Java 8,我们可以使用Byte.toUnsignedInt

public static String convertBytesToHex(byte[] bytes) {
    StringBuilder result = new StringBuilder();
    for (byte byt : bytes) {
        int decimal = Byte.toUnsignedInt(byt);
        String hex = Integer.toHexString(decimal);
        result.append(hex);
    }
    return result.toString();
}

为了提高性能,我会选择drphrozens解决方案。解码器的一个微小的优化可能是为任一字符使用一个表,以消除“<<4”。

显然,这两个方法调用代价高昂。如果对输入或输出数据进行某种检查(可以是CRC、校验和或其他),则If(b==255)。。。可以跳过,从而也可以完全调用方法。

使用offset++和offset代替offset和offset+1可能会带来一些理论上的好处,但我怀疑编译器比我更好地处理这一点。

private static readonly byte[] LookupTableLow = new byte[] {
  0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};

private static readonly byte[] LookupTableHigh = new byte[] {
  0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0x00, 0x10, 0x20, 0x30, 0x40, 0x50, 0x60, 0x70, 0x80, 0x90, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0xA0, 0xB0, 0xC0, 0xD0, 0xE0, 0xF0, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0xA0, 0xB0, 0xC0, 0xD0, 0xE0, 0xF0, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF,
  0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};

private static byte LookupLow(char c)
{
  var b = LookupTableLow[c];
  if (b == 255)
    throw new IOException("Expected a hex character, got " + c);
  return b;
}

private static byte LookupHigh(char c)
{
  var b = LookupTableHigh[c];
  if (b == 255)
    throw new IOException("Expected a hex character, got " + c);
  return b;
}

public static byte ToByte(char[] chars, int offset)
{
  return (byte)(LookupHigh(chars[offset++]) | LookupLow(chars[offset]));
}

这只是我的头顶,没有经过测试或基准测试。

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。)

这是对托马拉克大受欢迎的答案(以及随后的编辑)第4版的回答。

我会证明这个编辑是错误的,并解释为什么可以恢复。在这一过程中,您可能会学到一些关于内部的东西,并看到另一个关于过早优化到底是什么以及它如何影响您的例子。

tl;dr:如果你很着急,只需使用Convert.ToByte和String.Substring(下面的“原始代码”),如果你不想重新实现Convert.ToBByte,这是最好的组合。如果你需要性能,请使用不使用Convert.ToByte的更高级的(请参阅其他答案)。不要将String.Substring与Convert.ToByte组合使用,除非有人在这个答案的注释中对此有一些有趣的说法。

警告:如果在框架中实现Convert.ToByte(char[],Int32)重载,则此答案可能会过时。这不太可能很快发生。

一般来说,我不太喜欢说“不要过早优化”,因为没有人知道“过早”是什么时候。在决定是否优化时,你必须考虑的唯一一件事是:“我有时间和资源来适当地研究优化方法吗?”。如果你不这样做,那么现在就太早了,等到你的项目更加成熟或者你需要表现(如果有真正的需要,那么你会腾出时间)。同时,做最简单的事情,可能会奏效。

原始代码:

    public static byte[] HexadecimalStringToByteArray_Original(string input)
    {
        var outputLength = input.Length / 2;
        var output = new byte[outputLength];
        for (var i = 0; i < outputLength; i++)
            output[i] = Convert.ToByte(input.Substring(i * 2, 2), 16);
        return output;
    }

第4版:

    public static byte[] HexadecimalStringToByteArray_Rev4(string input)
    {
        var outputLength = input.Length / 2;
        var output = new byte[outputLength];
        using (var sr = new StringReader(input))
        {
            for (var i = 0; i < outputLength; i++)
                output[i] = Convert.ToByte(new string(new char[2] { (char)sr.Read(), (char)sr.Read() }), 16);
        }
        return output;
    }

修订版避免了String.Substring,而是使用StringReader。给出的原因是:

编辑:您可以通过使用单个传递解析器,如下所示:

好吧,看看String.Substring的参考代码,它显然已经是“单次传递”了;为什么不应该呢?它在字节级运行,而不是在代理对上运行。

然而,它确实分配了一个新字符串,但无论如何,您需要分配一个字符串传递给Convert.ToByte。此外,修订版中提供的解决方案在每次迭代中分配另一个对象(双字符数组);您可以安全地将该分配放在循环之外,并重用数组以避免这种情况。

    public static byte[] HexadecimalStringToByteArray(string input)
    {
        var outputLength = input.Length / 2;
        var output = new byte[outputLength];
        var numeral = new char[2];
        using (var sr = new StringReader(input))
        {
            for (var i = 0; i < outputLength; i++)
            {
                numeral[0] = (char)sr.Read();
                numeral[1] = (char)sr.Read();
                output[i] = Convert.ToByte(new string(numeral), 16);
            }
        }
        return output;
    }

每个十六进制数字表示使用两个数字(符号)的单个八位字节。

但是,为什么要调用StringReader。读两遍?只需调用它的第二个重载,并要求它一次读取两个字符数组中的两个字符;并将呼叫量减少两次。

    public static byte[] HexadecimalStringToByteArray(string input)
    {
        var outputLength = input.Length / 2;
        var output = new byte[outputLength];
        var numeral = new char[2];
        using (var sr = new StringReader(input))
        {
            for (var i = 0; i < outputLength; i++)
            {
                var read = sr.Read(numeral, 0, 2);
                Debug.Assert(read == 2);
                output[i] = Convert.ToByte(new string(numeral), 16);
            }
        }
        return output;
    }

剩下的是一个字符串读取器,其唯一添加的“值”是一个并行索引(internal_pos),您可以声明自己(例如j)、一个冗余长度变量(internal_length)和一个输入字符串的冗余引用(internal_s)。换句话说,这是无用的。

如果您想知道Read是如何“读取”的,只需看看代码,它所做的就是对输入字符串调用String.CopyTo。剩下的只是记账开销,以维持我们不需要的价值。

因此,已经删除字符串读取器,并自己调用CopyTo;它更简单、更清晰、更高效。

    public static byte[] HexadecimalStringToByteArray(string input)
    {
        var outputLength = input.Length / 2;
        var output = new byte[outputLength];
        var numeral = new char[2];
        for (int i = 0, j = 0; i < outputLength; i++, j += 2)
        {
            input.CopyTo(j, numeral, 0, 2);
            output[i] = Convert.ToByte(new string(numeral), 16);
        }
        return output;
    }

你真的需要一个j索引,它以两个平行于i的步长递增吗?当然不是,只需将i乘以2(编译器应该能够将其优化为加法)。

    public static byte[] HexadecimalStringToByteArray_BestEffort(string input)
    {
        var outputLength = input.Length / 2;
        var output = new byte[outputLength];
        var numeral = new char[2];
        for (int i = 0; i < outputLength; i++)
        {
            input.CopyTo(i * 2, numeral, 0, 2);
            output[i] = Convert.ToByte(new string(numeral), 16);
        }
        return output;
    }

现在的解决方案是什么样子的?与一开始的情况完全一样,只是没有使用String.Substring来分配字符串并将数据复制到其中,而是使用了一个中间数组,将十六进制数字复制到该数组中,然后自己分配字符串并再次将数据从数组复制到字符串中(当您在字符串构造函数中传递它时)。如果字符串已经在实习池中,则第二个副本可能会被优化,但在这些情况下,string.Substring也可以避免。

事实上,如果您再次查看String.Substring,您会发现它使用了一些关于如何构造字符串的低级内部知识,以比通常更快地分配字符串,并且它直接在其中内联CopyTo使用的相同代码,以避免调用开销。

字符串.子字符串

最坏的情况:一次快速分配,一次快速复制。最佳情况:无分配,无复制。

手动方法

最坏情况:两个正常分配,一个正常复制,一个快速复制。最佳情况:一个正常分配,一个正常复制。

结论如果您想使用Convert.ToByte(String,Int32)(因为您不想自己重新实现该功能),似乎没有办法击败String.Substring;你所做的就是绕圈子,重新发明轮子(只使用次优材料)。

注意,如果您不需要极端的性能,那么使用Convert.ToByte和String.Substring是一个非常有效的选择。记住:只有在你有时间和资源调查它是如何正常工作的情况下,才选择一个替代方案。

如果有Convert.ToByte(char[],Int32),情况当然会有所不同(可以执行上面描述的操作,完全避免使用String)。

我怀疑那些通过“避免String.Substring”来报告更好性能的人也会避免Convert.ToByte(String,Int32),如果你需要性能的话,你真的应该这样做。看看其他无数的答案,找出实现这一目标的所有不同方法。

免责声明:我没有反编译框架的最新版本,以验证参考源是否是最新的,我想是的。

现在,这一切听起来都很好,也很合乎逻辑,如果你已经做到了这一点,希望甚至是显而易见的。但这是真的吗?

Intel(R) Core(TM) i7-3720QM CPU @ 2.60GHz
    Cores: 8
    Current Clock Speed: 2600
    Max Clock Speed: 2600
--------------------
Parsing hexadecimal string into an array of bytes
--------------------
HexadecimalStringToByteArray_Original: 7,777.09 average ticks (over 10000 runs), 1.2X
HexadecimalStringToByteArray_BestEffort: 8,550.82 average ticks (over 10000 runs), 1.1X
HexadecimalStringToByteArray_Rev4: 9,218.03 average ticks (over 10000 runs), 1.0X

Yes!

支撑Partridge的长凳框架,很容易破解。使用的输入是以下SHA-1哈希,重复5000次以生成100000字节长的字符串。

209113288F93A9AB8E474EA78D899AFDBB874355

玩得高兴(但要适度优化。)