linux C++ Base64编解码

均衡存乎万物之间

Base64的由来

目前Base64已经成为网络上常见的传输8Bit字节代码的编码方式之一。在做支付系统时，系统之间的报文交互都需要使用Base64对明文进行转码，然后再进行签名或加密，之后再进行（或再次Base64）传输。那么，Base64到底起到什么作用呢？

在参数传输的过程中经常遇到的一种情况：使用全英文的没问题，但一旦涉及到中文就会出现乱码情况。与此类似，网络上传输的字符并不全是可打印的字符，比如二进制文件、图片等。Base64的出现就是为了解决此问题，它是基于64个可打印的字符来表示二进制的数据的一种方法。

电子邮件刚问世的时候，只能传输英文，但后来随着用户的增加，中文、日文等文字的用户也有需求，但这些字符并不能被服务器或网关有效处理，因此Base64就登场了。随之，Base64在URL、Cookie、网页传输少量二进制文件中也有相应的使用。

Base64的编码原理

Base64的原理比较简单，每当我们使用Base64时都会先定义一个类似这样的数组：

['A', 'B', 'C', ... 'a', 'b', 'c', ... '0', '1', ... '+', '/']

上面就是Base64的索引表，字符选用了"A-Z、a-z、0-9、+、/" 64个可打印字符，这是标准的Base64协议规定。在日常使用中我们还会看到“=”或“==”号出现在Base64的编码结果中，“=”在此是作为填充字符出现，后面会讲到。

具体转换步骤

第一步，将待转换的字符串每三个字节分为一组，每个字节占8bit，那么共有24个二进制位。
第二步，将上面的24个二进制位每6个一组，共分为4组。
第三步，在每组前面添加两个0，每组由6个变为8个二进制位，总共32个二进制位，即四个字节。
第四步，根据Base64编码对照表（见下图）获得对应的值。

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

从上面的步骤我们发现：

Base64字符表中的字符原本用6个bit就可以表示，现在前面添加2个0，变为8个bit，会造成一定的浪费。因此，Base64编码之后的文本，要比原文大约三分之一。
为什么使用3个字节一组呢？因为6和8的最小公倍数为24，三个字节正好24个二进制位，每6个bit位一组，恰好能够分为4组.

示例说明

以下图的表格为示例，我们具体分析一下整个过程。

第一步：“M”、“a”、"n"对应的ASCII码值分别为77，97，110，对应的二进制值是01001101、01100001、01101110。如图第二三行所示，由此组成一个24位的二进制字符串。
第二步：如图红色框，将24位每6位二进制位一组分成四组。
第三步：在上面每一组前面补两个0，扩展成32个二进制位，此时变为四个字节：00010011、00010110、00000101、00101110。分别对应的值（Base64编码索引）为：19、22、5、46。
第四步：用上面的值在Base64编码表中进行查找，分别对应：T、W、F、u。因此“Man”Base64编码之后就变为：TWFu。

位数不足情况

上面是按照三个字节来举例说明的，如果字节数不足三个，那么该如何处理？

两个字节：两个字节共16个二进制位，依旧按照规则进行分组。此时总共16个二进制位，每6个一组，则第三组缺少2位，用0补齐，得到三个Base64编码，第四组完全没有数据则用“=”补上。因此，上图中“BC”转换之后为“QKM=”；
一个字节：一个字节共8个二进制位，依旧按照规则进行分组。此时共8个二进制位，每6个一组，则第二组缺少4位，用0补齐，得到两个Base64编码，而后面两组没有对应数据，都用“=”补上。因此，上图中“A”转换之后为“QQ==”；

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原文链接： https:// blog.csdn.net/wo5410757 54/article/details/81734770

C++ 编解码示例

//类型宏定义
typedef unsigned char     uint8;
typedef unsigned long    uint32;
//定义编码字典
static uint8 alphabet_map[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
//定义解码字典
static uint8 reverse_map[] =
                255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255,
                255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255,
                255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 255, 62, 255, 255, 255, 63,
                52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 255, 255, 255, 255, 255, 255,
                255,  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, 255, 255, 255, 255, 255,
                255, 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, 255, 255, 255, 255, 255
*  编码
*     传入需要编码的数据地址和数据长度
*  返回:解码后的数据
uint8* base64_encode(const uint8 *text, uint32 text_len)
    //计算解码后的数据长度
    //由以上可知  Base64就是将3个字节的数据(24位)，拆成4个6位的数据，然后前两位补零
    //将其转化为0-63的数据  然后根据编码字典进行编码
    int encode_length = text_len/3*4;
    if(text_len%3>0)
        encode_length += 4;
    //为编码后数据存放地址申请内存
    uint8 *encode = (uint8*)malloc(encode_length);
    uint32 i, j;
    for (i = 0, j = 0; i+3 <= text_len; i+=3)
        encode[j++] = alphabet_map[text[i]>>2];                             //取出第一个字符的前6位并找出对应的结果字符
        encode[j++] = alphabet_map[((text[i]<<4)&0x30)|(text[i+1]>>4)];     //将第一个字符的后2位与第二个字符的前4位进行组合并找到对应的结果字符
        encode[j++] = alphabet_map[((text[i+1]<<2)&0x3c)|(text[i+2]>>6)];   //将第二个字符的后4位与第三个字符的前2位组合并找出对应的结果字符
        encode[j++] = alphabet_map[text[i+2]&0x3f];                         //取出第三个字符的后6位并找出结果字符
    //对于最后不够3个字节的  进行填充
    if (i < text_len)
        uint32 tail = text_len - i;
        if (tail == 1)
            encode[j++] = alphabet_map[text[i]>>2];
            encode[j++] = alphabet_map[(text[i]<<4)&0x30];
            encode[j++] = '=';
            encode[j++] = '=';
        else //tail==2
            encode[j++] = alphabet_map[text[i]>>2];
            encode[j++] = alphabet_map[((text[i]<<4)&0x30)|(text[i+1]>>4)];
            encode[j++] = alphabet_map[(text[i+1]<<2)&0x3c];
            encode[j++] = '=';
    return encode;
uint8* base64_decode(const uint8 *code, uint32 code_len)
    //由编码处可知，编码后的base64数据一定是4的倍数个字节
    assert((code_len&0x03) == 0);  //如果它的条件返回错误，则终止程序执行。4的倍数。
    //为解码后的数据地址申请内存
    uint8 *plain = (uint8*)malloc(code_len/4*3);
    //开始解码
    uint32 i, j = 0;
    uint8 quad[4];
    for (i = 0; i < code_len; i+=4)
        for (uint32 k = 0; k < 4; k++)
            quad[k] = reverse_map[code[i+k]];//分组，每组四个分别依次转换为base64表内的十进制数
        assert(quad[0]<64 && quad[1]<64);
        plain[j++] = (quad[0]<<2)|(quad[1]>>4); //取出第一个字符对应base64表的十进制数的前6位与第二个字符对应base64表的十进制数的前2位进行组合
        if (quad[2] >= 64)
            break;
        else if (quad[3] >= 64)
            plain[j++] = (quad[1]<<4)|(quad[2]>>2); //取出第二个字符对应base64表的十进制数的后4位与第三个字符对应base64表的十进制数的前4位进行组合
            break;
            plain[j++] = (quad[1]<<4)|(quad[2]>>2);
            plain[j++] = (quad[2]<<6)|quad[3];//取出第三个字符对应base64表的十进制数的后2位与第4个字符进行组合
    return plain;
}

使用：


    //获取文件长度
    struct stat statbuff;
    if(stat(filePath.c_str(), &statbuff) < 0){
        return ;
    }else{
        std::cout << statbuff.st_size << std::endl;
    //申请一块内存  用于读取文件数据
    char *filePtr = (char *)malloc(statbuff.st_size);
    //将文件中的数据读出来
    int fd = open(filePath.c_str(),O_RDONLY);
    char buffer[1024];
    int count = 0;
    if(fd > 0)
        memset(buffer,0,1024);
        int len = 0;
        while ((len = read(fd,buffer,1000)) >0 )
            memcpy(filePtr + count,buffer,len);
            count += len;
    close(fd);
    //对数据进行编码
    unsigned char* encodeData = base64_encode((unsigned char*)filePtr,count);
    //将编码数据放到string中 方便后面求长度
    data = (char*) encodeData;
    //对数据进行解码
    unsigned char* encode = base64_decode((unsigned char*).c_str(),(int)data.length());
    //将数据还原重新写到另外一个文件中