C#でバイト配列と文字列を相互変換する手法：Encodingから最新のSpan活用まで解説

using System;
using System.Text;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        string text = "こんにちは、C#。";
        
        // UTF-8エンコーディングを使用してバイト配列に変換
        byte[] byteArray = Encoding.UTF8.GetBytes(text);
        
        Console.WriteLine($"バイト配列の長さ: {byteArray.Length}");
        // バイトの内容を16進数で表示
        Console.WriteLine($"内容: {BitConverter.ToString(byteArray)}");
    }
}

バイト配列の長さ: 21
内容: E3-81-93-E3-82-93-E3-81-AB-E3-81-A1-E3-81-AF-E3-80-81-43-23-E3-80-82

using System;
using System.Text;

public class Program
{
    public static void Main()
    {
        byte[] byteArray = { 0xE3, 0x81, 0x93, 0xE3, 0x82, 0x93, 0xE3, 0x81, 0xAB, 0xE3, 0x81, 0xA1, 0xE3, 0x81, 0xAF };
        
        // UTF-8として文字列に復元
        string result = Encoding.UTF8.GetString(byteArray);
        
        Console.WriteLine($"復元された文字列: {result}");
    }
}

復元された文字列: こんにちは

using System;
using System.Text;

public class SpanExample
{
    public void ProcessText(string text)
    {
        // 必要なバイト数を計算
        int byteCount = Encoding.UTF8.GetByteCount(text);
        
        // スタック上にメモリを確保（小さいデータの場合に有効）
        Span<byte> buffer = stackalloc byte[byteCount];
        
        // Spanに対して直接書き込む
        int written = Encoding.UTF8.GetBytes(text, buffer);
        
        Console.WriteLine($"書き込まれたバイト数: {written}");
    }
}

using System;

public class Base64Example
{
    public static void Main()
    {
        byte[] data = { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05 };
        
        // バイト配列をBase64文字列に変換
        string base64String = Convert.ToBase64String(data);
        Console.WriteLine($"Base64: {base64String}");
        
        // Base64文字列をバイト配列に戻す
        byte[] backData = Convert.FromBase64String(base64String);
        Console.WriteLine($"元のデータの長さ: {backData.Length}");
    }
}

Base64: AQIDBAU=
元のデータの長さ: 5

using System;

public class HexExample
{
    public static void Main()
    {
        byte[] data = { 255, 128, 64, 0 };
        
        // 16進数文字列へ変換
        string hex = Convert.ToHexString(data);
        Console.WriteLine($"HEX: {hex}");
        
        // 16進数文字列からバイト配列へ復元
        byte[] decoded = Convert.FromHexString(hex);
        Console.WriteLine($"Decoded: {string.Join(", ", decoded)}");
    }
}

HEX: FF804000
Decoded: 255, 128, 64, 0

using System;
using System.Buffers;
using System.Text;

public class PoolExample
{
    public void EfficientConversion(string largeText)
    {
        var pool = ArrayPool<byte>.Shared;
        int maxByteCount = Encoding.UTF8.GetMaxByteCount(largeText.Length);
        
        // プールから配列を借りる
        byte[] buffer = pool.Rent(maxByteCount);
        try
        {
            int actualBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(largeText, 0, largeText.Length, buffer, 0);
            // bufferを利用した処理...
            Console.WriteLine($"変換完了: {actualBytes}バイト");
        }
        finally
        {
            // 必ずプールに返す
            pool.Return(buffer);
        }
    }
}

// 不正なシーケンスで例外を投げるエンコーディング設定
Encoding strictUtf8 = Encoding.GetEncoding(
    "utf-8", 
    new EncoderExceptionFallback(), 
    new DecoderExceptionFallback()
);

try
{
    // 不正なバイトデータからの変換を試みる
    byte[] invalidData = { 0xFF, 0xFF }; 
    string result = strictUtf8.GetString(invalidData);
}
catch (DecoderFallbackException ex)
{
    Console.WriteLine("デコードエラー: 不正なバイト列が検出されました。");
}