Base64是最常見(jiàn)的用于傳輸8Bit字節(jié)碼的編碼方式之一，它是一種基于64個(gè)可打印字符來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方法。

Base64是什么

Base64編碼，是由64個(gè)字符組成編碼集：26個(gè)大寫(xiě)字母A~Z，26個(gè)小寫(xiě)字母a~z，10個(gè)數(shù)字0~9，符號(hào)“+”與符號(hào)“/”。Base64編碼的基本思路是將原始數(shù)據(jù)的三個(gè)字節(jié)拆分轉(zhuǎn)化為四個(gè)字節(jié)，然后根據(jù)Base64的對(duì)應(yīng)表，得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)。

當(dāng)原始數(shù)據(jù)湊不夠三個(gè)字節(jié)時(shí)，編碼結(jié)果中會(huì)使用額外的符號(hào)“=”來(lái)表示這種情況。

Base64編碼表

Base64編碼步驟

• 將原始數(shù)據(jù)按照每三個(gè)字節(jié)作為一組進(jìn)行劃分，每組一共是24個(gè)二進(jìn)制位。
• 再將這24個(gè)二進(jìn)制位，每6個(gè)一劃分，分為四組（6×4=24個(gè)二進(jìn)制位）。
• 然后在每組前面補(bǔ)上00，擴(kuò)展成8×4=32個(gè)二進(jìn)制位，即四個(gè)字節(jié)（因?yàn)槊總€(gè)字節(jié)前面有2個(gè)0，所以每個(gè)字節(jié)的最大值是63）。
• 最后根據(jù)Base64編碼表，將這四個(gè)字節(jié)的碼值，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的Base64的字符即可。

Base64編碼過(guò)程舉例

情況1：正常的3個(gè)字節(jié)編碼

將單詞“PCB”轉(zhuǎn)換為Base64編碼：

• "P"、"C"、"B"的ASCII值分別是80、67、66，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制值是0101 0000、0100 0011、0100 0010，將它們連成一個(gè)24位的二進(jìn)制字符串010100000100001101000010。

• 將這個(gè)24位的二進(jìn)制字符串，每6個(gè)一組分成4組：010100、000100、001101、000010。

• 在每組前面加兩個(gè)00，擴(kuò)展成32個(gè)二進(jìn)制位，即四個(gè)字節(jié)：00010100、00000100、00001101、00000010。它們的十進(jìn)制值分別是19、22、5、46。(最前面加上兩個(gè)0只是為了湊成一個(gè)字節(jié)，實(shí)際上其本身的數(shù)值是沒(méi)有變化的)

• 根據(jù)上表，得到每個(gè)值對(duì)應(yīng)Base64編碼，即U、E、N、C。

情況2：剩余2個(gè)字節(jié)編碼

對(duì)于2個(gè)字節(jié)（16個(gè)二進(jìn)制數(shù)）的情況，比如將“PC”轉(zhuǎn)換為Base64編碼：

轉(zhuǎn)換方法同上，區(qū)別在于：

• 16個(gè)二進(jìn)制數(shù)，每6個(gè)一組分割，最后剩余4個(gè)，這時(shí)再在后面補(bǔ)兩個(gè)0湊成6個(gè)。
• 然后還按照基礎(chǔ)的方法轉(zhuǎn)換，最后補(bǔ)一個(gè)“=”即可

轉(zhuǎn)換過(guò)程如下表，最終將“PC”轉(zhuǎn)換為了“UEM=”

情況3：剩余1個(gè)字節(jié)編碼

對(duì)于12個(gè)字節(jié)（8個(gè)二進(jìn)制數(shù)）的情況，比如將“P”轉(zhuǎn)換為Base64編碼：

轉(zhuǎn)換方法同上，區(qū)別在于：

• 16個(gè)二進(jìn)制數(shù)，每6個(gè)一組分割，最后剩余2個(gè)，后面要再補(bǔ)4個(gè)0
• 然后還按照基礎(chǔ)的方法轉(zhuǎn)換，最后補(bǔ)兩個(gè)“=”即可

轉(zhuǎn)換過(guò)程如下表，最終將“P”轉(zhuǎn)換為了“UA==”

Base64編解碼C程序

編碼程序

編碼的程序設(shè)計(jì)思路，就是按照上面講解的編碼過(guò)程，每3個(gè)原始字符為一組，進(jìn)行編碼，得到4個(gè)base64的字符。對(duì)于不夠3個(gè)字符的情況，編碼的base64的字符后面補(bǔ)上一到兩個(gè)=號(hào)。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

/*base64符號(hào)表*/
const char *base64Arr = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
/*base64增補(bǔ)符號(hào)*/ 
const char paddingChar = '=';

/** @func:  base64_encode
*   @brief: base64編碼 
*   @para:  [srcData]:要進(jìn)行編碼的原始數(shù)據(jù)
*           [resBase64]:base64編碼結(jié)果 
*   @return:none
*/
void base64_encode(const unsigned char * srcData, char * resBase64)
{
    int i=0; /*原始數(shù)據(jù)索引*/ 
	int j=0; /*base64結(jié)果索引*/ 
    unsigned char transIdx=0;    // 索引是8位，但是高兩位都為0
    const int srcLen = strlen((const char*)srcData);
    
    /*每3個(gè)一組，進(jìn)行編碼*/
    for(i=0; i < srcLen; i+=3) 
    {
        /*取出第1個(gè)字符的高6位*/ 
        transIdx = ((srcData[i] >> 2) & 0x3f); /*0011 1111*/
        /*查表*/ 
        resBase64[j++] = base64Arr[(int)transIdx];
        
        /*取出第1個(gè)字符的低2位*/ 
        transIdx = ((srcData[i] << 4) & 0x30); /*0011 0000*/
        
        /*第1個(gè)字符后面還有字符*/ 
        if (i + 1 < srcLen) 
	{
	     /*取出第2個(gè)字符的高4位，并與第1個(gè)字符的低2位進(jìn)行組合*/ 
            transIdx |= ((srcData[i + 1] >> 4) & 0x0f); /*0000 1111*/
            /*查表*/ 
            resBase64[j++] = base64Arr[(int)transIdx];
        }
	else /*第1個(gè)字符后面沒(méi)有字符了*/
	{
	    /*直接使用第1個(gè)字符的低2位查表*/
            resBase64[j++] = base64Arr[(int)transIdx];
            /*然后補(bǔ)上兩個(gè)=號(hào)*/ 
            resBase64[j++] = paddingChar;
            resBase64[j++] = paddingChar;
            break;   /*沒(méi)有數(shù)據(jù)了，break結(jié)束*/ 
        }
        /*取出第2個(gè)字符的低4位*/ 
        transIdx = ((srcData[i + 1] << 2) & 0x3c); /*0011 1100*/
        /*第2個(gè)字符后面還有字符*/ 
        if (i + 2 < srcLen)
	{ 
	    /*取出第3個(gè)字符的高2位，并與第2個(gè)字符的低4位進(jìn)行組合*/ 
            transIdx |= ((srcData[i + 2] >> 6) & 0x03);  /*0000 0011*/
            /*查表*/ 
            resBase64[j++] = base64Arr[(int)transIdx];
            /*取出第3個(gè)字符的低6位*/ 
            transIdx = srcData[i + 2] & 0x3f; /*0011 1111*/ 
            /*查表*/ 
            resBase64[j++] = base64Arr[(int)transIdx];
        }
        else /*第2個(gè)字符后面沒(méi)有字符了*/
	{
	    /*直接使用第2個(gè)字符的低4位查表*/
            resBase64[j++] = base64Arr[(int)transIdx];
            /*然后補(bǔ)上一個(gè)=號(hào)*/ 
            resBase64[j++] = paddingChar;
            break;  /*沒(méi)有數(shù)據(jù)了，break結(jié)束*/ 
        }
    }
    
    /*結(jié)束符*/ 
    resBase64[j] = '\0'; 
}

解碼程序

解碼的程序設(shè)計(jì)思路，其實(shí)就是編碼的反過(guò)程，把要解碼的base64符號(hào)，每4個(gè)為一組，譯碼成3個(gè)字符。對(duì)于最后出現(xiàn)的=的情況，就說(shuō)明是要結(jié)束了，直接使用剩余的base64符號(hào)進(jìn)行譯碼，然后就結(jié)束了。

/** @func:  idx_in_base64Arr
*   @brief: 在base64符號(hào)表中查找字符c對(duì)應(yīng)的索引值
*   @para:  [c]:要查找的字符
*   @return:字符c在base64符號(hào)表中對(duì)應(yīng)的索引值(0~63) 
*/
int idx_in_base64Arr(char c) 
{
    /*在base64表中搜索第一次出現(xiàn)字符c的位置*/
    const char *pIdx = strchr(base64Arr, c);
    if (NULL == pIdx)
    {
	/*找不到對(duì)應(yīng)的base64字符，說(shuō)明輸入的base64字符串有誤*/ 
        return -1;
    }
    
    /*返回字符c在base64表中的位置*/
    return (pIdx - base64Arr);
}   

/** @func:  base64_decode
*   @brief: base64解碼 
*   @para:  [srcBase64]:要進(jìn)行解碼的原始base64數(shù)據(jù)
*           [resData]:解碼出的結(jié)果 
*   @return:none
*/
void base64_decode(const char *srcBase64, unsigned char *resData)
{
    int i = 0; /*原始base64數(shù)據(jù)索引*/ 
	int j = 0; /*解碼后的結(jié)果數(shù)據(jù)索引*/ 
    int trans[4] = {0,0,0,0}; /*4個(gè)base64符號(hào)對(duì)應(yīng)的表中的位置（0~63的數(shù)字）轉(zhuǎn)換值*/ 
    
    /*base64符號(hào)每4個(gè)一組，譯碼成3個(gè)字符*/
    for (i=0; srcBase64[i]!='\0'; i+=4)
    {
	/*------譯碼第1個(gè)字符------*/
	/*前2個(gè)base64符號(hào)在表中的位置（0~63的數(shù)字）*/
        trans[0] = idx_in_base64Arr(srcBase64[i]);
        trans[1] = idx_in_base64Arr(srcBase64[i+1]);
        
	/*第1個(gè)符號(hào)的后6位，與第2個(gè)符號(hào)的6、5位，譯出第1個(gè)字符*/ 
        resData[j++] = ((trans[0] << 2) & 0xfc) | ((trans[1]>>4) & 0x03); /*1111 1100   0000 0011 */ 

        /*------譯碼第2個(gè)字符------*/  
        /*第3個(gè)base64符號(hào)是否是=號(hào)*/
        if (srcBase64[i+2] != '=')
	{
	    /*第3個(gè)base64符號(hào)在表中的位置（0~63的數(shù)字）*/
            trans[2] = idx_in_base64Arr(srcBase64[i + 2]);
        }
        else
	{
            break;/*沒(méi)有數(shù)據(jù)了，break結(jié)束*/ 
        }
        /*第2個(gè)符號(hào)的后4位，與第3個(gè)符號(hào)的6、5、4、3位，譯出第2個(gè)字符*/ 
        resData[j++] = ((trans[1] << 4) & 0xf0) | ((trans[2] >> 2) & 0x0f); /*1111 0000  0000 1111*/
  
        /*------譯碼第3個(gè)字符------*/
        /*第4個(gè)base64符號(hào)是否是=號(hào)*/
        if (srcBase64[i + 3] != '=')
	{
		/*第4個(gè)base64符號(hào)在表中的位置（0~63的數(shù)字）*/
		trans[3] = idx_in_base64Arr(srcBase64[i + 3]);
        }
        else
	{
            break;/*沒(méi)有數(shù)據(jù)了，break結(jié)束*/ 
        }
        /*第3個(gè)符號(hào)的后2位，與第4個(gè)符號(hào)的后6位，譯出第3個(gè)字符*/ 
        resData[j++] = ((trans[2] << 6) & 0xc0) | (trans[3] & 0x3f); /*1100 0000   0011 1111*/ 
    }
  
    /*結(jié)束符*/ 
    resData[j] = '\0';
}

測(cè)試程序

使用字符串“PCB”進(jìn)行base64編碼測(cè)試，然后再將編碼得到的結(jié)果，進(jìn)行解碼測(cè)試。

/*測(cè)試*/
int main()
{
    /*定義要進(jìn)行base64編碼的字符串*/ 
    const unsigned char *srcData = "PCB" ;
    
    /*先測(cè)試編碼*/
    char base64[128];
    base64_encode(srcData, base64);  
    printf("base64編碼：%s\n",base64);

    /*再測(cè)試解碼*/ 
    char resData[128];
    base64_decode(base64, (unsigned char*)resData);
    printf("base64解碼：%s", resData);

    return 0;
}

輸出結(jié)果如下，可以看出，“PCB”進(jìn)行base64編碼，得到了“UENC”，然后再反向解碼，又得到了“PCB”

base64編碼：UENC
base64解碼：PCB
--------------------------------
Process exited after 0.01123 seconds with return value 0
請(qǐng)按任意鍵繼續(xù). . .

完整程序可從我的gitee倉(cāng)庫(kù)下載（點(diǎn)擊閱讀原文，直達(dá)代碼倉(cāng)庫(kù)~）