Base64
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目前Base64已經成為網絡上常見的傳輸8Bit字節代碼的編碼方式之一。做支付系統時，系統之間的報文交互都需要使用Base64對明文進行轉碼，然后再進行簽名或加密，之后再進行（或再次Base64）傳輸。那么，Base64到底起到什么作用呢？
在參數傳輸的過程中經常遇到的一種情況：使用全英文的沒問題，但一旦涉及到中文就會出現亂碼情況。與此類似，網絡上傳輸的字符並不全是可打印的字符，比如二進制文件、圖片等。Base64的出現就是為了解決此問題，它是基於64個可打印的字符來表示二進制的數據的一種方法。
電子郵件剛問世的時候，只能傳輸英文，但后來隨着用戶的增加，中文、日文等文字的用戶也有需求，但這些字符並不能被服務器或網關有效處理，因此Base64就登場了。隨之，Base64在URL、Cookie、網頁傳輸少量二進制文件中也有相應的使用。
Base64的編碼原理
Base64的原理比較簡單，每當我們使用Base64時都會先定義一個類似這樣的數組：
['A', 'B', 'C', ... 'a', 'b', 'c', ... '0', '1', ... '+', '/']
上面就是Base64的索引表，字符選用了"A-Z、a-z、0-9、+、/" 64個可打印字符，這是標准的Base64協議規定。在日常使用中我們還會看到=或==號出現在Base64的編碼結果中，=在此是作為填充字符出現，后面會講到。
具體轉換步驟
- 第一步，將待轉換的字符串每三個字節分為一組，每個字節占8bit，那么共有24個二進制位。
- 第二步，將上面的24個二進制位每6個一組，共分為4組。
- 第三步，在每組前面添加兩個0，每組由6個變為8個二進制位，總共32個二進制位，即四個字節。
- 第四步，根據Base64編碼對照表（見下圖）獲得對應的值。
從上面的步驟我們發現：
Base64字符表中的字符原本用6個bit就可以表示，現在前面添加2個0，變為8個bit，會造成一定的浪費。因此，Base64編碼之后的文本，要比原文大約三分之一。
為什么使用3個字節一組呢？因為6和8的最小公倍數為24，三個字節正好24個二進制位，每6個bit位一組，恰好能夠分為4組。
示例說明
以下圖的表格為示例，我們具體分析一下整個過程。
- 第一步：M、a、n對應的ASCII碼值分別為77，97，110，對應的二進制值是01001101、01100001、01101110。如圖第二三行所示，由此組成一個24位的二進制字符串。
- 第二步：如圖紅色框，將24位每6位二進制位一組分成四組。
- 第三步：在上面每一組前面補兩個0，擴展成32個二進制位，此時變為四個字節：00010011、00010110、00000101、00101110。分別對應的值（Base64編碼索引）為：19、22、5、46。
- 第四步：用上面的值在Base64編碼表中進行查找，分別對應：T、W、F、u。因此
ManBase64編碼之后就變為：TWFu。
位數不足情況
上面是按照三個字節來舉例說明的，如果字節數不足三個，那么該如何處理？
兩個字節：兩個字節共16個二進制位，依舊按照規則進行分組。此時總共16個二進制位，每6個一組，則第三組缺少2位，用0補齊，得到三個Base64編碼，第四組完全沒有數據則用“=”補上。因此，上圖中“BC”轉換之后為“QKM=”；
一個字節：一個字節共8個二進制位，依舊按照規則進行分組。此時共8個二進制位，每6個一組，則第二組缺少4位，用0補齊，得到兩個Base64編碼，而后面兩組沒有對應數據，都用“=”補上。因此，上圖中“A”轉換之后為“QQ==”；
注意事項
大多數編碼都是由字符串轉化成二進制的過程，而Base64的編碼則是從二進制轉換為字符串。與常規恰恰相反，
Base64編碼主要用在傳輸、存儲、表示二進制領域，不能算得上加密，只是無法直接看到明文。也可以通過打亂Base64編碼來進行加密。
中文有多種編碼（比如：utf-8、gb2312、gbk等），不同編碼對應Base64編碼結果都不一樣。
延伸
上面我們已經看到了Base64就是用6位（2的6次冪就是64）表示字符，因此成為Base64。同理，Base32就是用5位，Base16就是用4位。大家可以按照上面的步驟進行演化一下。
使用Base64傳輸圖片
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先說一下圖片傳輸過程中為什么要編解碼。其實類似的問題在學習計算機網絡中就遇到過了，回想計算機網絡中要對幀進行幀定界，就是為了使信息位中出現的特殊字符不被誤判為幀的首尾定界符，從而防止接收方接收一個不完整(錯誤)的幀。如果在傳輸時只是簡單的將圖片以二進制讀出再傳輸，同樣會遇到上述問題。因為圖片的數據可能含有終結字符，若此時不進行處理，圖片信息也會不完整。為了保證數據被完整的傳到對端，需要先對其進行編碼，等接收方收到后，再對其進行解碼。這才是一個正確的傳輸思路。
C++實現Base64的編碼和解碼
Base64.h
#pragma once
#include <string>
class CBase64
{
public:
public:
CBase64();
~CBase64();
/*編碼
DataByte
[in]輸入的數據長度,以字節為單位
*/
std::string Encode(const char* Data, int DataByte);
/*解碼
DataByte
[in]輸入的數據長度,以字節為單位
OutByte
[out]輸出的數據長度,以字節為單位,請不要通過返回值計算
輸出數據的長度
*/
std::string Decode(const char* Data, int DataByte, int& OutByte);
};
Base.cpp
#include "Base64.h"
CBase64::CBase64()
{
}
CBase64::~CBase64()
{
}
std::string CBase64::Encode(const char* Data, int DataByte)
{
//編碼表
const char EncodeTable[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
//返回值
std::string strEncode;
unsigned char Tmp[4] = { 0 };
int LineLength = 0;
for (int i = 0; i < (int)(DataByte / 3); i++)
{
Tmp[1] = *Data++;
Tmp[2] = *Data++;
Tmp[3] = *Data++;
strEncode += EncodeTable[Tmp[1] >> 2];
strEncode += EncodeTable[((Tmp[1] << 4) | (Tmp[2] >> 4)) & 0x3F];
strEncode += EncodeTable[((Tmp[2] << 2) | (Tmp[3] >> 6)) & 0x3F];
strEncode += EncodeTable[Tmp[3] & 0x3F];
if (LineLength += 4, LineLength == 76) { strEncode += "\r\n"; LineLength = 0; }
}
//對剩余數據進行編碼
int Mod = DataByte % 3;
if (Mod == 1)
{
Tmp[1] = *Data++;
strEncode += EncodeTable[(Tmp[1] & 0xFC) >> 2];
strEncode += EncodeTable[((Tmp[1] & 0x03) << 4)];
strEncode += "==";
}
else if (Mod == 2)
{
Tmp[1] = *Data++;
Tmp[2] = *Data++;
strEncode += EncodeTable[(Tmp[1] & 0xFC) >> 2];
strEncode += EncodeTable[((Tmp[1] & 0x03) << 4) | ((Tmp[2] & 0xF0) >> 4)];
strEncode += EncodeTable[((Tmp[2] & 0x0F) << 2)];
strEncode += "=";
}
return strEncode;
}
std::string CBase64::Decode(const char* Data, int DataByte, int& OutByte)
{
//解碼表
const char DecodeTable[] =
{
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
62, // '+'
0, 0, 0,
63, // '/'
52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, // '0'-'9'
0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12,
13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, // 'A'-'Z'
0, 0, 0, 0, 0, 0,
26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38,
39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, // 'a'-'z'
};
//返回值
std::string strDecode;
int nValue;
int i = 0;
while (i < DataByte)
{
if (*Data != '\r' && *Data != '\n')
{
nValue = DecodeTable[*Data++] << 18;
nValue += DecodeTable[*Data++] << 12;
strDecode += (nValue & 0x00FF0000) >> 16;
OutByte++;
if (*Data != '=')
{
nValue += DecodeTable[*Data++] << 6;
strDecode += (nValue & 0x0000FF00) >> 8;
OutByte++;
if (*Data != '=')
{
nValue += DecodeTable[*Data++];
strDecode += nValue & 0x000000FF;
OutByte++;
}
}
i += 4;
}
else// 回車換行,跳過
{
Data++;
i++;
}
}
return strDecode;
}
測試main.cpp，假設D盤下有一張圖片：my.png
int main()
{
ifstream inf;
inf.open("D:\\my.png", ios::in | ios::binary);
inf.seekg(0, std::ios_base::end);
std::streampos sp = inf.tellg();
int readsize = sp;
//得到長度后，重新定位指針到文件頭
inf.seekg(0, std::ios_base::beg);
char* readBuf = new char[readsize];
inf.read(readBuf, readsize);
CBase64 base;
std::string strData = "";
//對緩沖區編碼
strData = base.Encode((const char*)readBuf, readsize);
delete[] readBuf;
cout << strData << endl;
//對緩沖區解碼
int dataLen(0);
string strDecode = base.Decode(strData.data(), strData.size(), dataLen);
ofstream outf;
outf.open("D:\\you.png", ios::out | ios::binary);
outf.write(strDecode.data(), strDecode.size());
inf.close();
outf.close();
return 0;
}