Base64原理与实现

Base64编码说明
　　Base64编码要求把3个8位字节（3*8=24）转化为4个6位的字节（4*6=24），之后在6位的前面补两个0，形成8位一个字节的形式。 如果剩下的字符不足3个字节，则用0填充，输出字符使用'='，因此编码后输出的文本末尾可能会出现1或2个'='。

　　为了保证所输出的编码位可读字符，Base64制定了一个编码表，以便进行统一转换。编码表的大小为2^6=64，这也是Base64名称的由来。

转码过程举例：

　　3*8=4*6

　　内存1个字符占8位

　　转前： s 1 3

　　先转成ascii：对应 115 49 51

　　2进制： 01110011 00110001 00110011

　　6个一组（4组） 011100110011000100110011

　　然后才有后面的 011100 110011 000100 110011

　　然后计算机是8位8位的存数 6不够，自动就补两个高位0了

　　所有有了 高位补0

　　科学计算器输入 00011100 00110011 00000100 00110011

　　得到 28 51 4 51

　　查对下照表 c z E z

Base64编码表

码值	字符		码值	字符		码值	字符		码值	字符
0	A		16	Q		32	g		48	w
1	B		17	R		33	h		49	x
2	C		18	S		34	i		50	y
3	D		19	T		35	j		51	z
4	E		20	U		36	k		52	0
5	F		21	V		37	l		53	1
6	G		22	W		38	m		54	2
7	H		23	X		39	n		55	3
8	I		24	Y		40	o		56	4
9	J		25	Z		41	p		57	5
10	K		26	a		42	q		58	6
11	L		27	b		43	r		59	7
12	M		28	c		44	s		60	8
13	N		29	d		45	t		61	9
14	O		30	e		46	u		62	+
15	P		31	f		47	v		63	/

C++实现：

base64.h

 #ifndef _BASE64_HH
 #define _BASE64_HH  

 #ifdef __cplusplus
 extern "C" {
 #endif    //__cplusplus 

 unsigned char* base64Decode(char* pszInput, unsigned int& iReturnSize, bool trimTrailingZeros = true);

 char* base64Encode(char const* origSigned, unsigned iOrigLength); 

 #ifdef __cplusplus
 }
 #endif  //__cplusplus 

 #endif    //_BASE64_HH

base64.cpp

 #include "base64.h"
 #include <string.h>  

 static char base64DecodeTable[];
 //初始化编码对照表
 static const char base64Char[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";  

 char* strDupSize(char const* str)
 {
     if (str == NULL) return NULL;
     size_t len = strlen(str) + ;
     char* copy = new char[len];  

     return copy;
 }

 //初始化解码对照表
 static void initBase64DecodeTable()
 {
   for (int i = ; i < ; ++i)
       base64DecodeTable[i] = (char)0x80;   // default value: invalid  

   for (int i = 'A'; i <= 'Z'; ++i)
       base64DecodeTable[i] =  + (i - 'A');
   for (int i = 'a'; i <= 'z'; ++i)
       base64DecodeTable[i] =  + (i - 'a');
   for (int i = ''; i <= ''; ++i)
       base64DecodeTable[i] =  + (i - '');
   base64DecodeTable[(unsigned char)'+'] = ;
   base64DecodeTable[(unsigned char)'/'] = ;
   base64DecodeTable[(unsigned char)'='] = ;  //0x40
 }  

 // 解码
 unsigned char* base64Decode(char* pszInput, unsigned int& iReturnSize, bool trimTrailingZeros)
 {
     static bool haveInitedBase64DecodeTable = false;
     if (!haveInitedBase64DecodeTable)
     {
         initBase64DecodeTable();
         haveInitedBase64DecodeTable = true;
     }  

     unsigned char* pszOutput = new unsigned char[strlen(pszInput)];
     int k = ;
     /*******************************************************************************************
      *技巧：先减去3 ---in case "pszInput" is not a multiple of 4 bytes (although it should be) *
      *      个人觉得这里不用做处理，因为编码时候已经做过处理，密文肯定为4的整数倍               *
      *******************************************************************************************/
     int const jMax = strlen(pszInput) - ;  

     //将密文四个字节为一组，每组解码为三个字节
     for (int j = ; j < jMax; j += )
     {
         char inTmp[], outTmp[];
         for (int i = ; i < ; ++i)
         {
             inTmp[i] = pszInput[i+j];
             outTmp[i] = base64DecodeTable[(unsigned char)inTmp[i]];
             if ((outTmp[i]&0x40) != )    //如果遇到'='，将其视为结束字符
                 outTmp[i] = 0x00;
         }  

         pszOutput[k++] = (outTmp[]<<) | (outTmp[]>>);
         pszOutput[k++] = (outTmp[]<<) | (outTmp[]>>);
         pszOutput[k++] = (outTmp[]<<) | outTmp[];
     }  

     if (trimTrailingZeros)
     {
         while (k >  && pszOutput[k-] == '\')
             --k;
     }
     iReturnSize = k;
     unsigned char* result = new unsigned char[iReturnSize];
     memset(result, , iReturnSize);
     memmove(result, pszOutput, iReturnSize);
     delete[] pszOutput;
     return result;
 }  

 // 编码
 char* base64Encode(char const* origSigned, unsigned iOrigLength)
 {
   unsigned char const* orig = (unsigned char const*)origSigned;
   if (orig == NULL)
       return NULL;

   unsigned const iNumResultBytes = *(iOrigLength/ + (iOrigLength% ?  : ));
   char* result = new char[iNumResultBytes + ]; 

   //源码三个字节为一组，编码后将三个字节变为四个字节
   unsigned i;
   for (i = ; i < iOrigLength/; ++i)
   {
     // 取源码的第一个字节的前六位，前面加两个零生成第一个字节
     result[*i+] = base64Char[(orig[*i]>>) & 0x3F];
     // 取源码的第一个字节的后两位和第二个字节的前四位，前面补两个零生成第二个字节
     result[*i+] = base64Char[((orig[*i]<<) | (orig[*i+]>>)) & 0x3F];
     // 取源码的第二个字节的后四位和第三个字节的前两位，前面补两个零生成第三个字节
     result[*i+] = base64Char[((orig[*i+]<<) | (orig[*i+]>>)) & 0x3F];
     // 取源码的第三个字节的后六位，前面补两个零生成第四个字节
     result[*i+] = base64Char[orig[*i+]&0x3F];
   }
   //不足三个字节的最后补'='字符，补足三个字节
   if (iOrigLength%)
   {
     result[*i+] = base64Char[(orig[*i]>>) & 0x3F];
     if (iOrigLength% == )
     {
       result[*i+] = base64Char[((orig[*i]<<) | (orig[*i+]>>))&0x3F];
       result[*i+] = base64Char[(orig[*i+]<<)&0x3C];
     }
     else
     {
       result[*i+] = base64Char[((orig[*i])<<)&0x3F];
       result[*i+] = '=';
     }
     result[*i+] = '=';
   }

   result[iNumResultBytes] = '\0';
   return result;
 }  

测试代码main.cpp

 #include "base64.h"
 #include <iostream>

 using namespace std;

 int main()
 {
     cout << "请输入要转换的字符串(支持中文):" << endl;
     char szStrOrigin[];
     scanf("%s", szStrOrigin);
     unsigned int iReturnSize;
     cout << "编码之前字符串：" << szStrOrigin << endl;
     char *pEncodeStr = base64Encode(szStrOrigin, strlen(szStrOrigin));
     cout << "编码之后字符串：" <<  pEncodeStr << endl;
     unsigned char *pDecodeStr = base64Decode(pEncodeStr, iReturnSize);
     cout << "解码之后字符串：" << pDecodeStr << endl;
     system("pause");
 }

运行结果：