C#.net core 基礎(chǔ) - byte數(shù)組如何高效轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制字符串

當(dāng)前位置：點晴教程→知識管理交流 →『技術(shù)文檔交流』

freeflydom

2025年1月6日 10:15 本文熱度 1036

在 .NET Core 中，如何把 byte[] 轉(zhuǎn)換為 16 進(jìn)制字符串？你能想到哪些方法？什么方式性能最好？今天和大家分享幾種轉(zhuǎn)換方式。

往往在處理字符串性能問題時，首先應(yīng)該想到的是怎么想辦法減少內(nèi)存分配，怎么優(yōu)化字符串構(gòu)建。

下面就通過遞進(jìn)的方式介紹幾種實現(xiàn)方式。

1. 使用 StringBuilder

在需要做大量字符串拼接的場景中，我們首先就會想到StringBuilder，相比string類型來說StringBuilder更高效。在這個例子中，它通過一次性分配足夠的內(nèi)存，然后配合字節(jié)格式化方法AppendFormat進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并逐個追加每個字節(jié)的 16 進(jìn)制表示，以此減少內(nèi)存分配的開銷。

using System;

using System.Text;
public class BytesToHexString
{
    public static string ToHexStringStringBuilder(byte[] bytes)
    {
      StringBuilder hex = new StringBuilder(bytes.Length * 2);
      foreach (byte b in bytes)
      {
          hex.AppendFormat("{0:x2}", b);
      }
      return hex.ToString();
    }
}

下面我們使用Benchmark對ToHexStringStringBuilder方法進(jìn)行些基準(zhǔn)測試，分別對字節(jié)數(shù)組長度為100、1000、10000個元素分別進(jìn)行10000次測試，然后進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

可以發(fā)現(xiàn)這個方法隨著數(shù)組長度增加整體性能是在下降的。

2. 使用 BitConverter

BitConverter 是 .NET 中的內(nèi)置類，它提供了一種簡單的方式來轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型為字符串。代碼非常簡潔，但是其本身只能輸出固定格式如“0A-BC-99”，有連接符“-”并且字母都是大寫，因此只適合簡單需求，如果有復(fù)雜要求還行額外單獨處理。

using System;

public class BytesToHexString
{
    public static string ToHexStringBitConverter (byte[] bytes)
    {
        return BitConverter.ToString(bytes);
    }
}

下面我們再次使用Benchmark對ToHexStringBitConverter方法進(jìn)行些基準(zhǔn)測試，分別對字節(jié)數(shù)組長度為100、1000、10000個元素各進(jìn)行10000次測試，進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

和StringBuilder方式對比，性能得到大幅度提升。

3. 使用 Convert（.NET5+）

Convert是 .NET 中的內(nèi)置類，Convert.ToHexString是在 .NET 5 中引入的方法，用于將字節(jié)數(shù)組直接轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字符串，改方法設(shè)計之初就考慮了性能，它在實現(xiàn)上減少了額外的內(nèi)存分配和操作，因此它比 BitConverter.ToString 更高效。但是其本身只能輸出固定格式如“0ABC99”，沒有連接符“-”并且字母都是大寫。

using System;

public class BytesToHexString
{
    public static string ToHexStringConvert (byte[] bytes)
    {
        return Convert.ToHexString (bytes);
    }
}

下面我們再次使用Benchmark對ToHexStringConvert方法進(jìn)行些基準(zhǔn)測試，分別對字節(jié)數(shù)組長度為100、1000、10000個元素各進(jìn)行10000次測試，然后進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

和BitConverter方式對比，性能也是大幅度提升。

4. 使用位運(yùn)算

在將 byte[] 轉(zhuǎn)換為 16 進(jìn)制字符串時，每個字節(jié)會被轉(zhuǎn)化為兩個字符。因此，我們需要一個長度為 bytes.Length * 2 的字符數(shù)組來存儲最終的 16 進(jìn)制字符串。同時定義字符串hex = "0123456789abcdef";這個字符串中包含了所有可能的 16 進(jìn)制字符，接下來遍歷循環(huán)把每個字節(jié)通過位運(yùn)算分解為2個 4 位的部分（高 4 位和低 4 位），然后通過字符串hex將高4位轉(zhuǎn)為16進(jìn)制第一個字符，低4位轉(zhuǎn)為第二個字符。以下是一個示例實現(xiàn)：

using System;

public class BytesToHexString
{
    public static string ToHexStringBitOperation (byte[] bytes)
    {
        char[] hexChars = new char[bytes.Length * 2];
        const string hex = "0123456789abcdef";
        for (int i = 0; i < bytes.Length; i++)
        {
            hexChars[i * 2] = hex[bytes[i] >> 4];
            hexChars[i * 2 + 1] = hex[bytes[i] & 0x0F];
        }
        return new string(hexChars);
    }
}

下面我們再次使用Benchmark對ToHexStringBitOperation方法進(jìn)行些基準(zhǔn)測試，分別對字節(jié)數(shù)組長度為100、1000、10000個元素各進(jìn)行10000次測試，然后進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

雖然和BitConverter相比，性能提升3倍多，但是和Convert方式相比卻有所差距。

如果對位運(yùn)算不是很明白的，可以留言，后面可以單獨出一篇文章講解一下。

5. 使用 unsafe 代碼塊（高級）

如果你需要極致的性能，并且可以接受 unsafe 代碼，你可以使用指針來操作字節(jié)數(shù)組。這種方法可以極大地提高性能，但需要注意內(nèi)存安全問題。

using System;

public class BytesToHexString
{
    public static unsafe string ToHexStringUnsafe(byte[] bytes)
    {
        const string hex = "0123456789ABCDEF";
        var hexChars = new char[bytes.Length * 2];
        fixed (byte* bytePtr = bytes)
        {
            fixed (char* charPtr = hexChars)
            {
                byte* source = bytePtr;
                char* dest = charPtr;
                for (int i = 0; i < bytes.Length; i++)
                {
                    byte b = source[i];
                    dest[i * 2] = hex[b >> 4];
                    dest[i * 2 + 1] = hex[b & 0x0F];
                }
            }
        }
        return new string(hexChars);
    }
}