base编码解码原理



一. Base64编码由来

　　为什么会有Base64编码呢？因为有些网络传送渠道并不支持所有的字节，例如传统的邮件只支持可见字符的传送，像ASCII码的控制字符就不能通过邮件传送。这样用途就受到了很大的限制，比如图片二进制流的每个字节不可能全部是可见字符，所以就传送不了。最好的方法就是在不改变传统协议的情况下，做一种扩展方案来支持二进制文件的传送。把不可打印的字符也能用可打印字符来表示，问题就解决了。Base64编码应运而生，Base64就是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。

　　二. Base64编码原理

　　看一下Base64的索引表，字符选用了"A-Z、a-z、0-9、+、/" 64个可打印字符。数值代表字符的索引，这个是标准Base64协议规定的，不能更改。64个字符用6个bit位就可以全部表示，一个字节有8个bit位，剩下两个bit就浪费掉了，这样就不得不牺牲一部分空间了。这里需要弄明白的就是一个Base64字符是8个bit，但是有效部分只有右边的6个bit，左边两个永远是0。

那么怎么用6个有效bit来表示传统字符的8个bit呢？8和6的最小公倍数是24，也就是说3个传统字节可以由4个Base64字符来表示，保证有效位数是一样的，这样就多了1/3的字节数来弥补Base64只有6个有效bit的不足。你也可以说用两个Base64字符也能表示一个传统字符，但是采用最小公倍数的方案其实是最减少浪费的。结合下边的图比较容易理解。Man是三个字符，一共24个有效bit，只好用4个Base64字符来凑齐24个有效位。红框表示的是对应的Base64，6个有效位转化成相应的索引值再对应Base64字符表，查出"Man"对应的Base64字符是"TWFU"。说到这里有个原则不知道你发现了没有，要转换成Base64的最小单位就是三个字节，对一个字符串来说每次都是三个字节三个字节的转换，对应的是Base64的四个字节。这个搞清楚了其实就差不多了。

 

但是转换到最后你发现不够三个字节了怎么办呢？愿望终于实现了，我们可以用两个Base64来表示一个字符或用三个Base64表示两个字符，像下图的A对应的第二个Base64的二进制位只有两个，把后边的四个补0就是了。所以A对应的Base64字符就是QQ。上边已经说过了，原则是Base64字符的最小单位是四个字符一组，那这才两个字符，后边补两个"="吧。其实不用"="也不耽误解码，之所以用"="，可能是考虑到多段编码后的Base64字符串拼起来也不会引起混淆。由此可见Base64字符串只可能最后出现一个或两个"="，中间是不可能出现"="的。下图中字符"BC"的编码过程也是一样的。

三. 总结　　

　　说起Base64编码可能有些奇怪，因为大多数的编码都是由字符转化成二进制的过程，而从二进制转成字符的过程称为解码。而Base64的概念就恰好反了，由二进制转到字符称为编码，由字符到二进制称为解码。

　　Base64编码主要用在传输、存储、表示二进制等领域，还可以用来加密，但是这种加密比较简单，只是一眼看上去不知道什么内容罢了，当然也可以对Base64的字符序列进行定制来进行加密。

　　Base64编码是从二进制到字符的过程，像一些中文字符用不同的编码转为二进制时，产生的二进制是不一样的，所以最终产生的Base64字符也不一样。例如"上网"对应utf-8格式的Base64编码是"5LiK572R"，对应GB2312格式的Base64编码是"yc/N+A=="。

这里加入c++编码解码源码

#include <iostream>  using namespace std;static const std::string base64_chars =               "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"              "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"              "0123456789+/";    static inline bool is_base64(unsigned char c) {    return (isalnum(c) || (c == '+') || (c == '/'));  }    std::string base64_encode(unsigned char const* bytes_to_encode, unsigned int in_len) {    std::string ret;    int i = 0;    int j = 0;    unsigned char char_array_3[3];    unsigned char char_array_4[4];      while (in_len--)   {      char_array_3[i++] = *(bytes_to_encode++);      if (i == 3) {        char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;        char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);        char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);        char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;          for(i = 0; (i <4) ; i++)          ret += base64_chars[char_array_4[i]];        i = 0;      }    }      if (i)    {      for(j = i; j < 3; j++)        char_array_3[j] = '\0';        char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;      char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);      char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);      char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;        for (j = 0; (j < i + 1); j++)        ret += base64_chars[char_array_4[j]];        while((i++ < 3))        ret += '=';      }      return ret;    }    std::string base64_decode(std::string const& encoded_string) {    int in_len = encoded_string.size();    int i = 0;    int j = 0;    int in_ = 0;    unsigned char char_array_4[4], char_array_3[3];    std::string ret;      while (in_len-- && ( encoded_string[in_] != '=') && is_base64(encoded_string[in_]))   {      char_array_4[i++] = encoded_string[in_]; in_++;      if (i ==4) {        for (i = 0; i <4; i++)          char_array_4[i] = base64_chars.find(char_array_4[i]);          char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);        char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);        char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];          for (i = 0; (i < 3); i++)          ret += char_array_3[i];        i = 0;      }    }      if (i) {      for (j = i; j <4; j++)        char_array_4[j] = 0;        for (j = 0; j <4; j++)        char_array_4[j] = base64_chars.find(char_array_4[j]);        char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);      char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);      char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];        for (j = 0; (j < i - 1); j++) ret += char_array_3[j];    }      return ret;  }  int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){const std::string s = "ADP GmbH\nAnalyse Design & Programmierung\nGesellschaft mit beschrankter Haftung" ;  std::string encoded = base64_encode(reinterpret_cast<const unsigned char*>(s.c_str()), s.length());  std::string decoded = base64_decode(encoded);    cout<<"encode: "<<encoded.c_str()<<endl;cout<<"decode: "<<decoded.c_str()<<endl;return 0;}