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
我想出了一个不同的代码,它可以容忍额外的字符(空格、破折号…)。它的灵感主要来自这里一些可以接受的快速答案。它允许解析以下“文件”
00-aa-84-fb
12 32 FF CD
12 00
12_32_FF_CD
1200d5e68a
/// <summary>Reads a hex string into bytes</summary>
public static IEnumerable<byte> HexadecimalStringToBytes(string hex) {
if (hex == null)
throw new ArgumentNullException(nameof(hex));
char c, c1 = default(char);
bool hasc1 = false;
unchecked {
for (int i = 0; i < hex.Length; i++) {
c = hex[i];
bool isValid = 'A' <= c && c <= 'f' || 'a' <= c && c <= 'f' || '0' <= c && c <= '9';
if (!hasc1) {
if (isValid) {
hasc1 = true;
}
} else {
hasc1 = false;
if (isValid) {
yield return (byte)((GetHexVal(c1) << 4) + GetHexVal(c));
}
}
c1 = c;
}
}
}
/// <summary>Reads a hex string into a byte array</summary>
public static byte[] HexadecimalStringToByteArray(string hex)
{
if (hex == null)
throw new ArgumentNullException(nameof(hex));
var bytes = new List<byte>(hex.Length / 2);
foreach (var item in HexadecimalStringToBytes(hex)) {
bytes.Add(item);
}
return bytes.ToArray();
}
private static byte GetHexVal(char val)
{
return (byte)(val - (val < 0x3A ? 0x30 : val < 0x5B ? 0x37 : 0x57));
// ^^^^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^^^^^^^^^^^^^^ ^^^^
// digits 0-9 upper char A-Z a-z
}
复制时请参考完整代码。包括单元测试。
有些人可能会说它对额外的字符太宽容了。因此,不要依赖此代码来执行验证(或更改)。
其他回答
这里不想赘述很多答案,但我发现了一个十六进制字符串解析器的相当优化(比公认的好4.5倍)、简单的实现。首先,我的测试输出(第一批是我的实现):
Give me that string:
04c63f7842740c77e545bb0b2ade90b384f119f6ab57b680b7aa575a2f40939f
Time to parse 100,000 times: 50.4192 ms
Result as base64: BMY/eEJ0DHflRbsLKt6Qs4TxGfarV7aAt6pXWi9Ak58=
BitConverter'd: 04-C6-3F-78-42-74-0C-77-E5-45-BB-0B-2A-DE-90-B3-84-F1-19-F6-AB-5
7-B6-80-B7-AA-57-5A-2F-40-93-9F
Accepted answer: (StringToByteArray)
Time to parse 100000 times: 233.1264ms
Result as base64: BMY/eEJ0DHflRbsLKt6Qs4TxGfarV7aAt6pXWi9Ak58=
BitConverter'd: 04-C6-3F-78-42-74-0C-77-E5-45-BB-0B-2A-DE-90-B3-84-F1-19-F6-AB-5
7-B6-80-B7-AA-57-5A-2F-40-93-9F
With Mono's implementation:
Time to parse 100000 times: 777.2544ms
Result as base64: BMY/eEJ0DHflRbsLKt6Qs4TxGfarV7aAt6pXWi9Ak58=
BitConverter'd: 04-C6-3F-78-42-74-0C-77-E5-45-BB-0B-2A-DE-90-B3-84-F1-19-F6-AB-5
7-B6-80-B7-AA-57-5A-2F-40-93-9F
With SoapHexBinary:
Time to parse 100000 times: 845.1456ms
Result as base64: BMY/eEJ0DHflRbsLKt6Qs4TxGfarV7aAt6pXWi9Ak58=
BitConverter'd: 04-C6-3F-78-42-74-0C-77-E5-45-BB-0B-2A-DE-90-B3-84-F1-19-F6-AB-5
7-B6-80-B7-AA-57-5A-2F-40-93-9F
base64和“BitConverter'd”行用于测试正确性。请注意,它们是相等的。
实施:
public static byte[] ToByteArrayFromHex(string hexString)
{
if (hexString.Length % 2 != 0) throw new ArgumentException("String must have an even length");
var array = new byte[hexString.Length / 2];
for (int i = 0; i < hexString.Length; i += 2)
{
array[i/2] = ByteFromTwoChars(hexString[i], hexString[i + 1]);
}
return array;
}
private static byte ByteFromTwoChars(char p, char p_2)
{
byte ret;
if (p <= '9' && p >= '0')
{
ret = (byte) ((p - '0') << 4);
}
else if (p <= 'f' && p >= 'a')
{
ret = (byte) ((p - 'a' + 10) << 4);
}
else if (p <= 'F' && p >= 'A')
{
ret = (byte) ((p - 'A' + 10) << 4);
} else throw new ArgumentException("Char is not a hex digit: " + p,"p");
if (p_2 <= '9' && p_2 >= '0')
{
ret |= (byte) ((p_2 - '0'));
}
else if (p_2 <= 'f' && p_2 >= 'a')
{
ret |= (byte) ((p_2 - 'a' + 10));
}
else if (p_2 <= 'F' && p_2 >= 'A')
{
ret |= (byte) ((p_2 - 'A' + 10));
} else throw new ArgumentException("Char is not a hex digit: " + p_2, "p_2");
return ret;
}
我尝试了一些不安全的东西,并将(显然是冗余的)字符移动到另一个方法来蚕食if序列,但这是最快的。
(我承认这回答了一半的问题。我觉得字符串->字节[]转换不足,而字节[]->字符串角度似乎被很好地覆盖了。因此,这个答案。)
这个问题也可以使用查找表来解决。这将需要编码器和解码器的少量静态存储器。然而,这种方法很快:
编码器表512字节或1024字节(两次大小写(如果是大写和小写)需要)解码器表256字节或64 KiB(单个字符查找或双字符查找)
我的解决方案使用1024字节作为编码表,256字节用于解码。
解码
private static readonly byte[] LookupTable = 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,
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,
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,
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
};
private static byte Lookup(char c)
{
var b = LookupTable[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)(Lookup(chars[offset]) << 4 | Lookup(chars[offset + 1]));
}
编码
private static readonly char[][] LookupTableUpper;
private static readonly char[][] LookupTableLower;
static Hex()
{
LookupTableLower = new char[256][];
LookupTableUpper = new char[256][];
for (var i = 0; i < 256; i++)
{
LookupTableLower[i] = i.ToString("x2").ToCharArray();
LookupTableUpper[i] = i.ToString("X2").ToCharArray();
}
}
public static char[] ToCharLower(byte[] b, int bOffset)
{
return LookupTableLower[b[bOffset]];
}
public static char[] ToCharUpper(byte[] b, int bOffset)
{
return LookupTableUpper[b[bOffset]];
}
比较
StringBuilderToStringFromBytes: 106148
BitConverterToStringFromBytes: 15783
ArrayConvertAllToStringFromBytes: 54290
ByteManipulationToCharArray: 8444
TableBasedToCharArray: 5651 *
*这个解决方案
Note
在解码过程中,可能会发生IOException和IndexOutOfRangeException(如果字符的值太高>256)。应该实现对流或数组进行去/编码的方法,这只是概念的证明。
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。)
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。
这是我的纯二进制解决方案,不需要库查找,也支持大写/小写:
public static String encode(byte[] bytes, boolean uppercase) {
char[] result = new char[2 * bytes.length];
for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
byte word = bytes[i];
byte left = (byte) ((0XF0 & word) >>> 4);
byte right = (byte) ((byte) 0X0F & word);
int resultIndex = i * 2;
result[resultIndex] = encode(left, uppercase);
result[resultIndex + 1] = encode(right, uppercase);
}
return new String(result);
}
public static char encode(byte value, boolean uppercase) {
int characterCase = uppercase ? 0 : 32;
if (value > 15 || value < 0) {
return '0';
}
if (value > 9) {
return (char) (value + 0x37 | characterCase);
}
return (char) (value + 0x30);
}
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