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
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。
其他回答
在编写加密代码时,通常避免依赖数据的分支和表查找,以确保运行时不依赖于数据,因为依赖数据的计时可能会导致侧通道攻击。
它也很快。
static string ByteToHexBitFiddle(byte[] bytes)
{
char[] c = new char[bytes.Length * 2];
int b;
for (int i = 0; i < bytes.Length; i++) {
b = bytes[i] >> 4;
c[i * 2] = (char)(55 + b + (((b-10)>>31)&-7));
b = bytes[i] & 0xF;
c[i * 2 + 1] = (char)(55 + b + (((b-10)>>31)&-7));
}
return new string(c);
}
Ph'nglui mglw'naph Cthulhu R'lieh wgah'nagl fhtagn公司
你们这些进入这里的人,放弃一切希望吧
一个奇怪的拨弄解释:
bytes[i]>>4提取字节的高位半字节bytes[i]&0xF提取字节的低位半字节b-10对于值b<10,为<0,将变为十进制数字对于值b>10,为>=0,这将成为从a到F的字母。在有符号32位整数上使用i>>31可以提取符号,这得益于符号扩展。当i<0时为-1,当i>=0时为0。结合2)和3),表明(b-10)>>31将是字母0,数字-1。看看字母的大小写,最后一个被加数变为0,b在10到15的范围内。我们希望将其映射到A(65)到F(70),这意味着添加55('A'-10)。看看数字的情况,我们希望调整最后一个被加数,使其将b从范围0到9映射到范围0(48)到9(57)。这意味着它需要变为-7('0'-55)。现在我们可以乘以7。但由于-1由所有位表示为1,因此我们可以改用&-7,因为(0&-7)==0和(-1&-7)==-7。
进一步考虑:
我没有使用第二个循环变量来索引c,因为测量表明从I计算它更便宜。正好使用i<bytes.Length作为循环的上限允许JITter消除对bytes[i]的边界检查,所以我选择了这个变量。将b设为int允许不必要的从和到字节的转换。
具有扩展支持的基本解决方案
public static class Utils
{
public static byte[] ToBin(this 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;
}
public static string ToHex(this byte[] ba)
{
return BitConverter.ToString(ba).Replace("-", "");
}
}
并像下面那样使用这个类
byte[] arr1 = new byte[] { 1, 2, 3 };
string hex1 = arr1.ToHex();
byte[] arr2 = hex1.ToBin();
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。
Method (means are in nanoseconds) | Mean N=10 | Ratio N=10 | Mean N=100 | Ratio N=100 | Mean N=500 | Ratio N=500 | Mean N=1k | Ratio N=1k | Mean N=10k | Ratio N=10k | Mean N=100k | Ratio N=100k |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
StringBuilderAggregateBytesAppendFormat | 364.92 | 1.48 | 3,680.00 | 1.74 | 18,928.33 | 1.86 | 38,362.94 | 1.87 | 380,994.74 | 1.72 | 42,618,861.57 | 1.62 |
StringBuilderForEachAppendFormat | 309.59 | 1.26 | 3,203.11 | 1.52 | 20,775.07 | 2.04 | 41,398.07 | 2.02 | 426,839.96 | 1.93 | 37,220,750.15 | 1.41 |
StringJoinSelect | 310.84 | 1.26 | 2,765.91 | 1.31 | 13,549.12 | 1.33 | 28,691.16 | 1.40 | 304,163.97 | 1.38 | 63,541,601.12 | 2.41 |
StringConcatSelect | 301.34 | 1.22 | 2,733.64 | 1.29 | 14,449.53 | 1.42 | 29,174.83 | 1.42 | 307,196.94 | 1.39 | 32,877,994.95 | 1.25 |
StringJoinArrayConvertAll | 279.21 | 1.13 | 2,608.71 | 1.23 | 13,305.96 | 1.30 | 27,207.12 | 1.32 | 295,589.61 | 1.34 | 62,950,871.38 | 2.39 |
StringBuilderAggregateBytesAppend | 276.18 | 1.12 | 2,599.62 | 1.23 | 12,788.11 | 1.25 | 26,043.54 | 1.27 | 255,389.06 | 1.16 | 27,664,344.41 | 1.05 |
StringConcatArrayConvertAll | 244.81 | 0.99 | 2,361.08 | 1.12 | 11,881.18 | 1.16 | 23,709.21 | 1.15 | 265,197.33 | 1.20 | 56,044,744.44 | 2.12 |
StringBuilderForEachByte | 246.09 | 1.00 | 2,112.77 | 1.00 | 10,200.36 | 1.00 | 20,540.77 | 1.00 | 220,993.95 | 1.00 | 26,387,941.13 | 1.00 |
StringBuilderForEachBytePreAllocated | 213.85 | 0.87 | 1,897.19 | 0.90 | 9,340.66 | 0.92 | 19,142.27 | 0.93 | 204,968.88 | 0.93 | 24,902,075.81 | 0.94 |
BitConverterReplace | 140.09 | 0.57 | 1,207.74 | 0.57 | 6,170.46 | 0.60 | 12,438.23 | 0.61 | 145,022.35 | 0.66 | 17,719,082.72 | 0.67 |
LookupPerNibble | 63.78 | 0.26 | 421.75 | 0.20 | 1,978.22 | 0.19 | 3,957.58 | 0.19 | 35,358.21 | 0.16 | 4,993,649.91 | 0.19 |
LookupAndShift | 53.22 | 0.22 | 311.56 | 0.15 | 1,461.15 | 0.14 | 2,924.11 | 0.14 | 26,180.11 | 0.12 | 3,771,827.62 | 0.14 |
WhilePropertyLookup | 41.83 | 0.17 | 308.59 | 0.15 | 1,473.10 | 0.14 | 2,925.66 | 0.14 | 28,440.28 | 0.13 | 5,060,341.10 | 0.19 |
LookupAndShiftAlphabetArray | 37.06 | 0.15 | 290.96 | 0.14 | 1,387.01 | 0.14 | 3,087.86 | 0.15 | 29,883.54 | 0.14 | 5,136,607.61 | 0.19 |
ByteManipulationDecimal | 35.29 | 0.14 | 251.69 | 0.12 | 1,180.38 | 0.12 | 2,347.56 | 0.11 | 22,731.55 | 0.10 | 4,645,593.05 | 0.18 |
ByteManipulationHexMultiply | 35.45 | 0.14 | 235.22 | 0.11 | 1,342.50 | 0.13 | 2,661.25 | 0.13 | 25,810.54 | 0.12 | 7,833,116.68 | 0.30 |
ByteManipulationHexIncrement | 36.43 | 0.15 | 234.31 | 0.11 | 1,345.38 | 0.13 | 2,737.89 | 0.13 | 26,413.92 | 0.12 | 7,820,224.57 | 0.30 |
WhileLocalLookup | 42.03 | 0.17 | 223.59 | 0.11 | 1,016.93 | 0.10 | 1,979.24 | 0.10 | 19,360.07 | 0.09 | 4,150,234.71 | 0.16 |
LookupAndShiftAlphabetSpan | 30.00 | 0.12 | 216.51 | 0.10 | 1,020.65 | 0.10 | 2,316.99 | 0.11 | 22,357.13 | 0.10 | 4,580,277.95 | 0.17 |
LookupAndShiftAlphabetSpanMultiply | 29.04 | 0.12 | 207.38 | 0.10 | 985.94 | 0.10 | 2,259.29 | 0.11 | 22,287.12 | 0.10 | 4,563,518.13 | 0.17 |
LookupPerByte | 32.45 | 0.13 | 205.84 | 0.10 | 951.30 | 0.09 | 1,906.27 | 0.09 | 18,311.03 | 0.08 | 3,908,692.66 | 0.15 |
LookupSpanPerByteSpan | 25.69 | 0.10 | 184.29 | 0.09 | 863.79 | 0.08 | 2,035.55 | 0.10 | 19,448.30 | 0.09 | 4,086,961.29 | 0.15 |
LookupPerByteSpan | 27.03 | 0.11 | 184.26 | 0.09 | 866.03 | 0.08 | 2,005.34 | 0.10 | 19,760.55 | 0.09 | 4,192,457.14 | 0.16 |
Lookup32SpanUnsafeDirect | 16.90 | 0.07 | 99.20 | 0.05 | 436.66 | 0.04 | 895.23 | 0.04 | 8,266.69 | 0.04 | 1,506,058.05 | 0.06 |
Lookup32UnsafeDirect | 16.51 | 0.07 | 98.64 | 0.05 | 436.49 | 0.04 | 878.28 | 0.04 | 8,278.18 | 0.04 | 1,753,655.67 | 0.07 |
ConvertToHexString | 19.27 | 0.08 | 64.83 | 0.03 | 295.15 | 0.03 | 585.86 | 0.03 | 5,445.73 | 0.02 | 1,478,363.32 | 0.06 |
ConvertToHexString.ToLower() | 45.66 | - | 175.16 | - | 787.86 | - | 1,516.65 | - | 13,939.71 | - | 2,620,046.76 | - |
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。
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。
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。
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