Base64编码
Base64编码可将任意二进制数据转换为字符编码，转换后的编码包括：A ~ Z a ~ z 0 ~ 9 + /及作为填充字符的=，一共65个字符。除去填充字符，剩下64个字符，需要6个状态位来表示，因此Base64的编码规则是将源信息中的6位编码为一个字符，这个字符是Base64编码表中的64个字符之一。由于Base64编码用8位字符来表示信息中的6位，所以Base64编码字符串大约比原始值扩大1/3。
图0-0 此篇文章的逻辑图
Base64编码表
编码 | 字符|编码 | 字符|编码 | 字符|编码 | 字符|
---- | ---|---- | ---|---- | ---|---- | ---|---- | ---
0 | A|26 |a |52|0|62|+
1 | B| 27| b|53|1|63|/
2 | C|28 | c|54|2
3 | D|29 | d|55|3
4 | E| 30| e|56|4
5 | F| 31| f|57|5
6 | G| 32| g|58|6
7 | H| 33| h|59|7
8 | I| 34| i|60|8
9 | J| 35| j|61|9
10 | K| 36|k
11| L| 37| l
12 | M| 38|m
13 | N| 39| n
14 | O| 40| o
15 | P| 41|p
16 | Q| 42| q
17 | R| 43| r
18 | S| 44|s
19 | T| 45|t
20 | U| 46| u
21 | V| 47| v
22 | W| 48| w
23 | X | 49|x
24 | Y| 50| y
25 | Z| 51| z
Base64编码方式举例
以Ow!为例来说明Base64是如何编码的
(1)字符Ow!先按ASCII编码为：0x4F 0x77 0x21，转换为二进制码：01001111 01110111 00100001
(2)将上述二进制码按6位一组划分: 010011 110111 011100 100001，转换为十进制码：19 55 28 33
(3)根据上面编码表则Ow! Base64编码之后为：T3ch
Base64填充
上述例子中，24位二进制码，正好可以分为4个6位的二进制码块。有时候二进制序列不能正好的平分成6位的块，这时就需要进行填充。填充规则为如果源字节长度除以3，如果余数为0则不用填充，如果余数为1，则二进制序列末尾填充4个0，Base64之后的字符串加两个=，即==，如果余数为2，则在二进制序列末尾填充2个0，Base64之后的字符串加一个=。
比如上例中在加一个!，对Ow!!编码，除3余数为1，则末尾填充4个0，前面3个字节的编码不变，最后一个!编码为IQ，Ow!! Base64编码之后为：T3chIQ==
C语言实现方式
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
const char base[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/=";
char find_pos(char ch);
char *base64_encode(const char *data, int *len) ;
char *base64_decode(const char *data, int *len);
int main(int argc, const char * argv[]) {
int len;
printf("%s\n", base64_encode("Ow!!", &len));
printf("%d\n", len);
printf("%s\n", base64_decode("T3chIQ==", &len));
printf("%d\n", len);
return 0;
}
char find_pos(char ch) {
char *ptr = (char *)strrchr(base, ch);
return ptr - base;
}
char *base64_encode(const char *data, int *len) {
int data_len = (int)strlen(data);
int prepare = 0;
int tmp = 0;
char changed[4];
char *ret = NULL;
char *f = NULL;
int ret_len = data_len / 3;
int temp = data_len % 3;
*len = 0;
if (temp > 0) {
ret_len += 1;
}
ret_len = ret_len * 4 + 1; // 最后一位以 ' ' 结束
ret = (char *)malloc(ret_len);
if (!ret) {
printf("no enough memory.\n");
exit(0);
}
memset(ret, 0, ret_len);
f = ret;
while (tmp < data_len) {
temp = 0;
prepare = 0;
memset(changed, 0, 4);
while (temp < 3) {
if (tmp >= data_len) {
break;
}
prepare = (prepare << 8) | (data[tmp] & 0xFF);
tmp++;
temp++;
}
prepare = (prepare << (3 - temp) * 8);
for (int i = 0; i < 4; i++) {
if (temp < i) {
changed[i] = 0x40;
} else {
changed[i] = (prepare >> ((3 - i) * 6)) & 0x3F;
}
*f = base[changed[i]];
f++;
(*len)++;
}
}
*f = ' ';
return ret;
}
char *base64_decode(const char *data, int *len) {
int data_len = (int)strlen(data);
int ret_len = (data_len / 4) * 3 + 1;
int equal_count = 0;
char *ret = NULL;
char *f = NULL;
*len = 0;
int tmp = 0;
int temp = 0;
int prepare = 0;
if (*(data + data_len - 1) == '=') {
equal_count++;
}
if (*(data + data_len - 2) == '=') {
equal_count++;
}
ret = (char *)malloc(ret_len);
if (!ret) {
printf("no enough memory./n");
exit(0);
}
memset(ret, 0, ret_len);
f = ret;
while (tmp < (data_len - equal_count)) {
temp = 0;
prepare = 0;
while (temp < 4) {
if (tmp >= (data_len - equal_count)) {
break;
}
prepare = (prepare << 6) | (find_pos(data[tmp]));
temp++;
tmp++;
}
prepare = prepare << ((4-temp) * 6);
for (int i = 0; i < 3; i++) {
if (i == temp) {
break;
}
*f = (char)((prepare >> ((2 - i) * 8)) & 0xFF);
f++;
(*len)++;
}
}
*f = ' ';
if (data[data_len - 1] == '=') {
(*len)--;
}
return ret;
}
总结
Base64编码不论是做什么开发，都是会经常遇到，这里讲述一下编码原理，并给出C语言一个简单的实现方式作为参考。具体一些使用有HTTP的摘要认证，甚至一些前端做网络优化的时候，也有将图片转为Base64编码和文本结果一并返回，从而减少建立TCP连接的次数。由于Base64编码使用的都是可打印的普通字符，所以就能极大的减少在传输转换中的错误率。这是一系列文章的其中一篇，你可以在这儿Encode & Decode集序找到他其他的兄弟。
参考
- 陈娟,赵振平[译]. HTTP权威指南:人名邮电出版社
- C语言实现Base64算法
