Есть ли способ улучшить этот метод среза строки?

Если у вас много тестовых примеров, то обнаружение неожиданных результатов не должно стать проблемой, если вы хотите поэкспериментировать с различными реализациями.

С точки зрения API я бы рассмотрел необязательные аргументы, а не целые числа, допускающие значение NULL.

Обновить

Внимательно прочитав код, я вижу, что присвоение "start" и "end" значения null имеет особое значение при рассмотрении "шага", поэтому они не могут быть представлены только как необязательные параметры int, однако, они все еще могут быть необязательными параметрами.

Если присмотреться к коду более внимательно, можно заметить, что это немного забавный API, поскольку значения отдельных параметров влияют друг на друга. Мой предыдущий комментарий ссылается на это. Чтобы решить эту проблему, вам действительно нужно знать реализацию, а это, как правило, не очень хороший аспект API. И, возможно, затрудняет чтение.

Я вижу, как «шаг» можно использовать для переворота строки, что потенциально полезно. Но разве для этого не лучше использовать метод обратного расширения? Гораздо более читабельный и менее мысленный «лежачий полицейский».

Я вижу 3 вещи, очень незначительную

измените внутреннее if на тернарное, например

        if (start == null)
        {
            start = step > 0 ? 0 : str.Length - 1;
        }
        else if (start < 0)
        {
            start = start < -str.Length ? 0 : str.Length + start;
        }
        else if (start > str.Length) 
            start = str.Length; 

можно изменить (int) int? на int.Value

изменять

   var sb = new StringBuilder(length);

в

   StringBuilder sb = new StringBuilder(length);

и главный вопрос: если он делает то, что ему нужно, зачем его исправлять?

обновление, чтобы показать, как это сделать с LINQ, намного медленнее (есть ли способ ускорить его?)

    using System;
    using System.Collections.Generic;
    using System.Linq;
    using System.Text;
    using System.Diagnostics;

    namespace ConsoleApplication1
    {
        class Program
        {
            static void Main(string[] args)
            {
                Stopwatch sw;
                string str;

                sw = Stopwatch.StartNew();
                for (int i = 0; i < 1000000; i++)
                    str = "Step cannot be zero.".Slice(null, null, -3, true);
                sw.Stop();
                Console.WriteLine("LINQ " + sw.Elapsed.TotalSeconds.ToString("0.#######") + " seconds");

                sw = Stopwatch.StartNew();
                for (int i = 0; i < 1000000; i++)
                    str = "Step cannot be zero.".Slice(null, null, -3, false);
                sw.Stop();
                Console.WriteLine("MANUAL " + sw.Elapsed.TotalSeconds.ToString("0.#######") + " seconds");

                Console.ReadLine();
            }
        }

       static class  test
        {
            public static string Slice(this string str, int? start, int? end, int step, bool linq)
            {
                if (step == 0) throw new ArgumentException("Step cannot be zero.", "step");

                if (linq)
                {

                    if (start == null) start = 0;
                    else if (start > str.Length) start = str.Length;

                    if (end == null) end = str.Length;
                    else if (end > str.Length) end = str.Length;

                    if (step < 0)
                    {
                        str = new string(str.Reverse().ToArray());
                        step = Math.Abs(step);
                    }
                }
                else
                {
                    if (start == null)
                    {
                        if (step > 0) start = 0;
                        else start = str.Length - 1;
                    }
                    else if (start < 0)
                    {
                        if (start < -str.Length) start = 0;
                        else start += str.Length;
                    }
                    else if (start > str.Length) start = str.Length;

                    if (end == null)
                    {
                        if (step > 0) end = str.Length;
                        else end = -1;
                    }
                    else if (end < 0)
                    {
                        if (end < -str.Length) end = 0;
                        else end += str.Length;
                    }
                    else if (end > str.Length) end = str.Length;


                }

                if (start == end || start < end && step < 0 || start > end && step > 0) return "";
                if (start < end && step == 1) return str.Substring(start.Value, end.Value - start.Value);

                if (linq)
                {
                    return new string(str.Skip(start.Value).Take(end.Value - start.Value).Where((s, index) => index % step == 0).ToArray ());;
                }
                else
                {
                    int length = (int)(((end.Value - start.Value) / (float)step) + 0.5f);
                    var sb = new StringBuilder(length);
                    for (int i = start.Value, j = 0; j < length; i += step, ++j)
                        sb.Append(str[i]);
                    return sb.ToString();
                }
            }

        }
    }

Когда я прошу Python "abcdefghijklmn"[::6], он возвращает 'agm', но когда я прошу вашу функцию "abcdefghijklmn".Slice(step:6), он возвращает "ag".

Я бы рекомендовал удалить неверный расчет length и просто выполнить ваш цикл следующим образом:

var sb = new StringBuilder((end - start).Value / step);
for (int i = start.Value; step > 0 && i < end || step < 0 && i > end; i += step)
    sb.Append(str[i]);