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[65];  
//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) + 1;  
    char* copy = new char[len];  
  
    return copy;  
}

//初始化解码对照表
static void initBase64DecodeTable()  
{   
  for (int i = 0; i < 65; ++i) 
      base64DecodeTable[i] = (char)0x80;   // default value: invalid  
  
  for (int i = 'A'; i <= 'Z'; ++i) 
      base64DecodeTable[i] = 0 + (i - 'A');  
  for (int i = 'a'; i <= 'z'; ++i) 
      base64DecodeTable[i] = 26 + (i - 'a');  
  for (int i = '0'; i <= '9'; ++i) 
      base64DecodeTable[i] = 52 + (i - '0');  
  base64DecodeTable[(unsigned char)'+'] = 62;  
  base64DecodeTable[(unsigned char)'/'] = 63;  
  base64DecodeTable[(unsigned char)'='] = 64;  //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 = 0;  
    /*******************************************************************************************
     *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) - 3;  

    //将密文四个字节为一组，每组解码为三个字节
    for (int j = 0; j < jMax; j += 4)   
    {  
        char inTmp[4], outTmp[4];  
        for (int i = 0; i < 4; ++i)   
        {  
            inTmp[i] = pszInput[i+j];  
            outTmp[i] = base64DecodeTable[(unsigned char)inTmp[i]];  
            if ((outTmp[i]&0x40) != 0)    //如果遇到'='，将其视为结束字符
                outTmp[i] = 0x00; 
        }  

        pszOutput[k++] = (outTmp[0]<<2) | (outTmp[1]>>4);  
        pszOutput[k++] = (outTmp[1]<<4) | (outTmp[2]>>2);  
        pszOutput[k++] = (outTmp[2]<<6) | outTmp[3];  
    }  

    if (trimTrailingZeros)   
    {  
        while (k > 0 && pszOutput[k-1] == '0') 
            --k;  
    }  
    iReturnSize = k;  
    unsigned char* result = new unsigned char[iReturnSize];  
    memset(result, 0, 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 = 4*(iOrigLength/3 + (iOrigLength%3 ? 1 : 0));
  char* result = new char[iNumResultBytes + 1]; 
  
  //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 = 0; i < iOrigLength/3; ++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[4*i+0] = base64Char[(orig[3*i]>>2) & 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[4*i+1] = base64Char[((orig[3*i]<<4) | (orig[3*i+1]>>4)) & 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[4*i+2] = base64Char[((orig[3*i+1]<<2) | (orig[3*i+2]>>6)) & 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[4*i+3] = base64Char[orig[3*i+2]&0x3F];                                
  }
  //不足三个字节的最后补'='字符，补足三个字节
  if (iOrigLength%3)
  {
    result[4*i+0] = base64Char[(orig[3*i]>>2) & 0x3F];
    if (iOrigLength%3 == 2)
    {
      result[4*i+1] = base64Char[((orig[3*i]<<4) | (orig[3*i+1]>>4))&0x3F];  
      result[4*i+2] = base64Char[(orig[3*i+1]<<2)&0x3C];  
    }
    else
    {
      result[4*i+1] = base64Char[((orig[3*i])<<4)&0x3F];
      result[4*i+2] = '=';
    }
    result[4*i+3] = '=';
  }

  result[iNumResultBytes] = '';  
  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[256];
    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：