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存，然后配合字節格式化方法AppendFormat進行轉換，并逐個追加每個字節的 16 進制表示，以此減少內存分配的開銷。

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方法進行些基準測試，分別對字節數組長度為100、1000、10000個元素分別進行10000次測試，然后進行橫向對比。

可以發現這個方法隨著數組長度增加整體性能是在下降的。

2. 使用 BitConverter

BitConverter 是 .NET 中的內置類，它提供了一種簡單的方式來轉換基礎數據類型為字符串。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方法進行些基準測試，分別對字節數組長度為100、1000、10000個元素各進行10000次測試，進行橫向對比。

和StringBuilder方式對比，性能得到大幅度提升。

3. 使用 Convert（.NET5+）

Convert是 .NET 中的內置類，Convert.ToHexString是在 .NET 5 中引入的方法，用于將字節數組直接轉換為十六進制字符串，改方法設計之初就考慮了性能，它在實現上減少了額外的內存分配和操作，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方法進行些基準測試，分別對字節數組長度為100、1000、10000個元素各進行10000次測試，然后進行橫向對比。

和BitConverter方式對比，性能也是大幅度提升。

4. 使用位運算

在將 byte[] 轉換為 16 進制字符串時，每個字節會被轉化為兩個字符。因此，我們需要一個長度為 bytes.Length * 2 的字符數組來存儲最終的 16 進制字符串。同時定義字符串hex = "0123456789abcdef";這個字符串中包含了所有可能的 16 進制字符，接下來遍歷循環把每個字節通過位運算分解為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位轉為16進制第一個字符，低4位轉為第二個字符。以下是一個示例實現：

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方法進行些基準測試，分別對字節數組長度為100、1000、10000個元素各進行10000次測試，然后進行橫向對比。

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數組。這種方法可以極大地提高性能，但需要注意內存安全問題。

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);
    }
}