C#中不使用Encoding与逐个Convert.ToByte()高效转换字符串为字节数组

嘿，这个需求我刚好研究过，给你分享两个高效的实现方案，完全满足你的要求——不用Encoding类，也不用对每个字符调用Convert.ToByte()：

这是最直接且性能拉满的方案，因为我们知道字符'0'到'9'的ASCII码是连续的（从48到57），所以每个字符减去'0'的ASCII值就能直接得到对应的数字，再转为byte即可。用Span<T>还能避免额外的内存分配，同时减少CLR的边界检查开销。

public static byte[] StringToByteArray(string input)
{
    if (input == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof(input));
    
    byte[] result = new byte[input.Length];
    Span<byte> resultSpan = result.AsSpan();
    ReadOnlySpan<char> inputSpan = input.AsSpan();
    
    for (int i = 0; i < inputSpan.Length; i++)
    {
        // 输入确保是0-9字符，直接做ASCII偏移运算
        resultSpan[i] = (byte)(inputSpan[i] - '0');
    }
    
    return result;
}

为什么高效？

• 没有装箱/拆箱操作，也没有调用任何Convert类方法，完全是底层的算术运算
• 使用Span让内存访问更高效，编译器会自动优化掉多余的数组边界检查
• 仅分配一次结果数组，无额外内存开销

如果你的输入字符串特别长（比如几万甚至几十万字符），可以利用CPU的SIMD指令做批量处理，进一步提升速度。这个方案需要.NET Core 3.0+或.NET 5+支持，适合对性能极致追求的场景。

using System.Numerics;

public static byte[] StringToByteArraySimd(string input)
{
    if (input == null)
        throw new ArgumentNullException(nameof(input));
    
    int length = input.Length;
    byte[] result = new byte[length];
    ReadOnlySpan<char> inputSpan = input.AsSpan();
    Span<byte> resultSpan = result.AsSpan();
    
    int vectorSize = Vector<byte>.Count;
    int i = 0;
    
    // 批量处理每个Vector块，一次处理多个字符
    for (; i <= length - vectorSize; i += vectorSize)
    {
        Vector<char> charVector = new Vector<char>(inputSpan.Slice(i, vectorSize));
        Vector<byte> byteVector = Vector.Subtract(Vector.AsVectorByte(charVector), new Vector<byte>((byte)'0'));
        byteVector.CopyTo(resultSpan.Slice(i, vectorSize));
    }
    
    // 处理剩余的不足一个Vector长度的字符
    for (; i < length; i++)
    {
        resultSpan[i] = (byte)(inputSpan[i] - '0');
    }
    
    return result;
}

注意事项

• 只有当输入字符串足够长时，SIMD的优势才会体现出来，短字符串场景下反而可能因为Vector初始化开销变慢
• 不同CPU的Vector长度不同（比如x86是16字节，ARM是32字节），代码会自动适配

比如输入字符串"0100"，用上述任意一个方法都会得到结果：

byte[] result = { 0, 1, 0, 0 };

完全符合你的需求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者JP_99