C#でbyte配列と文字列を相互変換する方法：文字コード指定からパフォーマンス重視の実装まで解説

using System;
using System.Text;

public class Example
{
    public static void Main()
    {
        string text = "こんにちは、C#の世界へ！";

        // 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($"文字列の長さ: {text.Length}");
        Console.WriteLine($"バイト配列の長さ: {byteArray.Length}");
        Console.WriteLine("バイトデータ: " + BitConverter.ToString(byteArray));
    }
}

文字列の長さ: 13
バイト配列の長さ: 33
バイトデータ: E3-81-93-E3-82-93-E3-81-AB-E3-81-A1-E3-81-AF-E3-80-81-43-23-E3-81-AE-E4-B8-96-E7-95-8C-E3-81-B8-EF-BC-81

using System;
using System.Text;

public class Example
{
    public static void Main()
    {
        byte[] data = { 0x48, 0x65, 0x6C, 0x6C, 0x6F }; // "Hello" のバイト列

        // バイト配列を文字列に変換
        string result = Encoding.UTF8.GetString(data);

        Console.WriteLine($"復元された文字列: {result}");
    }
}

復元された文字列: Hello

using System;
using System.Text;

public class Example
{
    public static void Main()
    {
        // Shift-JISなどのコードページを有効化する
        Encoding.RegisterProvider(CodePagesEncodingProvider.Instance);

        // Shift-JISを取得 (コードページ 932)
        Encoding sjis = Encoding.GetEncoding("shift_jis");

        string text = "シフトJIS変換";
        byte[] bytes = sjis.GetBytes(text);

        Console.WriteLine($"Shift-JISでのバイト長: {bytes.Length}");
    }
}

Shift-JISでのバイト長: 13

using System;
using System.Text;

public class PerformanceExample
{
    public void ConvertWithSpan(string text)
    {
        // 必要なバッファサイズを事前に計算
        int byteCount = Encoding.UTF8.GetByteCount(text);
        
        // スタック領域にメモリを確保 (短い文字列の場合)
        Span<byte> buffer = byteCount <= 1024 ? stackalloc byte[byteCount] : new byte[byteCount];

        // Spanに対して直接書き込み
        int written = Encoding.UTF8.GetBytes(text, buffer);

        Console.WriteLine($"書き込まれたバイト数: {written}");
    }
}

using System;
using System.Text.Unicode;

public class Utf8Helper
{
    public void FastConvert(string text)
    {
        ReadOnlySpan<char> source = text.AsSpan();
        
        // 変換後のサイズを見積もる
        Span<byte> destination = new byte[source.Length * 3]; // 安全策として最大3倍

        // 高速変換の実行
        var result = Utf8.FromUtf16(source, destination, out int charsRead, out int bytesWritten);

        if (result == System.Buffers.OperationStatus.Done)
        {
            Console.WriteLine($"変換成功: {bytesWritten}バイト");
        }
    }
}

using System;

public class Base64Example
{
    public static void Main()
    {
        byte[] data = { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05 };

        // byte配列 -> Base64文字列
        string base64 = Convert.ToBase64String(data);
        Console.WriteLine($"Base64: {base64}");

        // Base64文字列 -> byte配列
        byte[] backToBytes = Convert.FromBase64String(base64);
        Console.WriteLine($"復元バイト長: {backToBytes.Length}");
    }
}

Base64: AQIDBAU=
復元バイト長: 5

using System;

public class HexExample
{
    public static void Main()
    {
        byte[] hash = { 0x1A, 0x2B, 0x3C, 0x4D };

        // 16進数文字列へ変換
        string hex = Convert.ToHexString(hash);
        Console.WriteLine($"HEX: {hex}");

        // 16進数文字列からバイト配列へ
        byte[] data = Convert.FromHexString(hex);
    }
}

using System;
using System.Text;

public class ErrorHandlingExample
{
    public static void Main()
    {
        // 不正なシーケンスで例外を投げる設定
        Encoding strictUtf8 = Encoding.GetEncoding("utf-8", 
            new EncoderExceptionFallback(), 
            new DecoderExceptionFallback());

        byte[] invalidBytes = { 0xFF, 0xFE, 0xFD }; // UTF-8として不正な値

        try
        {
            string result = strictUtf8.GetString(invalidBytes);
        }
        catch (DecoderFallbackException ex)
        {
            Console.WriteLine("エラー：不正な文字エンコーディングを検出しました。");
            Console.WriteLine(ex.Message);
        }
    }
}

エラー：不正な文字エンコーディングを検出しました。
Unable to translate bytes [FF] at index 0 from specified code page to Unicode.