Base64编码/解码原理及实现

前两天在做一个项目时，合作方的开发人员说需要用到Base64 编码。由于之前没听说过这种编码，马上上网google 了下资料，才发现Base64 编码使用得这么普遍，最常用的就是电子邮件传输编码方式。进一步查找资料发现，迅雷的下载地址链接也使用这种编码方式。

引用维基百科中对Base64 编码的介绍如下：

“在MIME 格式的电子邮件中，base64 可以用来将binary 的字节序列数据编码成ASCII 字符序列构成的文本。使用时，在传输编码方式中指定base64 。使用的字符包括大小写字母各26 个，加上 10 个数字，和加号「+ 」，斜杠「 / 」，一共 64 个字符，等号「= 」用来作为后缀用途。

完整的base64 定义可见 RFC 1421和 RFC 2045。编码后的数据比原始数据略长，为原来的4/3 。在电子邮件中，根据RFC 822规定，每76 个字符，还需要加上一个回车换行。可以估算编码后数据长度大约为原长的135.1% 。

转换的时候，将三个byte 的数据，先后放入一个24bit 的缓冲区中，先来的byte 占高位。数据不足3byte 的话，于缓冲区中剩下的bit 用 0 补足。然后，每次取出6 （因为 26 = 64 ）个bit ，按照其值选择ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/ 中的字符作为编码后的输出。不断进行，直到全部输入数据转换完成。如果最后剩下两个输入数据，在编码结果后加 1 个「 = 」；如果最后剩下一个输入数据，编码结果后加2 个「 = 」；如果没有剩下任何数据，就什么都不要加，这样才可以保证数据还

原的正确性。”

知道了编码的原理后，又上网搜索了有没开源的lib 可用，发现网站libb64: Base64 Encoding/Decoding Routines下已有完整的编码/ 解码源代码可用，下载下来对某一通过Base64 编码的字串进行解码，顺利通过了。试了下编码的功能，发现编码得到的字串在末尾总与标准有差异，查看了源代码，发现其编码并没有按照标准进行。

于是，马上冒出了自己重写Base64 编码的C 语言代码的念头（后来索性把解码也重新实现了一遍），就当是巩固移位运算的操作吧。虽然编码/ 解码的原理比较简单，但实现完了还是比较开心的，下面把自己实现的编码/ 解码的代码贴出来：

// file: base64_encode.c
const int CHARS_PER_LINE = 76;
int base64_encode(unsigned char *src, long len, char *dest)
{const char *encode_table = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";char *ori_dest = dest;int i = 0, step_count = 0;int n, r;while (i + 3 <= len){n = *(src + i) << 16;n |= *(src + i + 1) << 8;n |= *(src + i + 2);*(dest++) = encode_table[(n & 0x00FC0000) >> 18];*(dest++) = encode_table[(n & 0x0003F000) >> 12];*(dest++) = encode_table[(n & 0x00000FC0) >> 6];*(dest++) = encode_table[(n & 0x0000003F)];if (++step_count == CHARS_PER_LINE / 4){step_count = 0;*(dest++) = '/n';}i += 3;}if (r = len % 3){if (r == 1){n = *(src + i) << 16;*(dest++) = encode_table[(n & 0x00FC0000) >> 18];*(dest++) = encode_table[(n & 0x0003F000) >> 12];*(dest++) = '=';*(dest++) = '=';}if (r == 2){n = *(src + i) << 16;n |= *(src + i + 1) << 8;*(dest++) = encode_table[(n & 0x00FC0000) >> 18];*(dest++) = encode_table[(n & 0x0003F000) >> 12];*(dest++) = encode_table[(n & 0x00000FC0) >> 6];*(dest++) = '=';}if (++step_count == CHARS_PER_LINE / 4){*(dest++) = '/n';}}*dest = '/0';return dest - ori_dest;
}

// file: base64_decode.c
#include <string.h>
#include <ctype.h>
static long check_length(char *src)
{char *p = strchr(src, '=');if (p == NULL)return strlen(src);elsereturn p - src;
}
static char base64_decode_digit(char ch)
{switch (ch){case '+':return 62;case '/':return 63;default:if (isdigit(ch))return ch - '0' + 52;else if (islower(ch))return ch - 'a' + 26;else if (isupper(ch))return ch - 'A';}return 0xFF;
}
int base64_decode(char *src, unsigned char *dest)
{int i = 0, n, r;long len;unsigned char *ori_dest = dest;len = check_length(src);while (i + 4 <= len){n = base64_decode_digit(*(src + i)) << 18;n |= base64_decode_digit(*(src + i + 1)) << 12;n |= base64_decode_digit(*(src + i + 2)) << 6;n |= base64_decode_digit(*(src + i + 3));*(dest++) = n >> 16;*(dest++) = (n >> 8) & 0xFF;*(dest++) = n & 0xFF;if (*(src + i + 4) == '/n')i++;i += 4;}if (r = len % 4){if (r == 2){n = base64_decode_digit(*(src + i)) << 18;n |= base64_decode_digit(*(src + i + 1)) << 12;*(dest++) = n >> 16;}if (r == 3){n = base64_decode_digit(*(src + i)) << 18;n |= base64_decode_digit(*(src + i + 1)) << 12;n |= base64_decode_digit(*(src + i + 2)) << 6;*(dest++) = n >> 16;*(dest++) = (n >> 8) & 0xFF;}}*dest = '/0';return dest - ori_dest;
}

用C语言实现编码/解码的功能后，对任意一字串进行编码后与网站（站长工具）https://tool.chinaz.com/Tools/Base64.aspx（一个在线测试Base64编码的网站）下编码的结果进行比较，发现是一样的。又对编码后的字串进行解码，也顺利还原了:)

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