什么是Base64

什么是Base64？

按照RFC2045的定义， Base64被定义为：Base64内容传送编码被设计用来把任意序列的8位字节描述为一种不易被人直接识别的形式。（The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable.）

图标base64编码在线转换器 :
http://www.motobit.com/util/base64-decoder-encoder.asp

Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节代码的编码方式之一，在发送电子邮件时，服务器认证的用户名和密码需要用Base64编码，附件也需要用Base64编码。
下面简单介绍Base64算法的原理，由于代码太长就不在此贴出
Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节代码的编码方式之一，大家可以查看RFC2045～RFC2049，上面有MIME的详细规范。

Base64要求把每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节（3*8 = 4*6 = 24），然后把6Bit再添两位高位0，组成四个8Bit的字节，也就是说，转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。

这样说会不会太抽象了？不怕，我们来看一个例子：

转换前 aaaaaabb ccccdddd eeffffff
转换后 00aaaaaa 00bbcccc 00ddddee 00ffffff

应该很清楚了吧？上面的三个字节是原文，下面的四个字节是转换后的Base64编码，其前两位均为0。

转换后，我们用一个码表来得到我们想要的字符串（也就是最终的Base64编码），这个表是这样的：（摘自RFC2045）
Table 1: The Base64 Alphabet

Value Encoding Value Encoding Value Encoding Value Encoding
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 (pad) =
15 P 32 g 49 x
16 Q 33 h 50 y
让我们再来看一个实际的例子，加深印象！

转换前 10101101 10111010 01110110
转换后 00101011 00011011 00101001 00110110
十进制 43 27 41 54
对应码表中的值 r b p 2


所以上面的24位编码，编码后的Base64值为 rbp2
解码同理，把 rbq2 的二进制位连接上再重组得到三个8位值，得出原码。
（解码只是编码的逆过程，在此我就不多说了，另外有关MIME的RFC还是有很多的，如果需要详细情况请自行查找。）

用更接近于编程的思维来说，编码的过程是这样的：

第一个字符通过右移2位获得第一个目标字符的Base64表位置，根据这个数值取到表上相应的字符，就是第一个目标字符。
然后将第一个字符左移4位加上第二个字符右移4位，即获得第二个目标字符。
再将第二个字符左移2位加上第三个字符右移6位，获得第三个目标字符。
最后取第三个字符的右6位即获得第四个目标字符。

在以上的每一个步骤之后，再把结果与 0x3F 进行 AND 位操作，就可以得到编码后的字符了。

C++ Base64编码/解码源代码


inline int Base64Encode(char * base64code, const char * src, int src_len = 0);
inline int Base64Decode(char * buf, const char * base64code, int src_len = 0);

以上两个函数内联定义在base64.h中，使用时include "base64.h" 即可，编码后的长度一般比原文多占1/3的存储空间，为了效率，程序并没有检查目标存储区是否溢出，请保证有足够的存储空间。


源码下载：http://www.yanghan.net/codes/base64src.rar

示例代码输出如下：
[Base64]：
xOO6w6OsU25haVgNCg0KoaGhodXiysfSu7j2QmFzZTY0tcSy4srU08q8/qOhDQoNCkJlc3QgV2lzaGVz
IQ0KDQqhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhICAgICAgICAgICAgICAgZVNYPyENCqGhoaGh
oaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaEgICAgICAgICAgICAgICBzbmFpeEB5ZWFoLm5ldA0KoaGhoaGh
oaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoaGhoSAgICAgICAgIDIwMDMtMTItMjU=

[源文]：
你好，SnaiX

　　这是一个Base64的测试邮件！

Best Wishes!

最近在用加密后的二进制写cookie时碰到问题，cookie内容必须时可见字符，就必须将二进制文件转换成对应的可见字符，Base64编码是不错的解决方案。
1. 定义
Base64是用可见字符传输任意字节的编码方式。RFC2045的section 6.8有描述(The Base64 Content-Transfer-Encoding is designed to represent arbitrary sequences of octets in a form that need not be humanly readable)。电子邮件传输的编码就是采用Base64.

2. 如何编码
ASCII码表示范围0X00-0XFF，共255个字符，用一个字节(八位组)表示。Base64编码是用6位组来表示所有字符。-> 每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节（3*8 = 4*6 = 24），然后把6Bit再添两位高位0，组成四个8Bit的字节，也就是说，转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。
来看一个转换的例子；
转换前 12345678 12345678 12345678
转换后 00123456 00781234 00567812 00345678

转换成Base64后，编码值范围0-63，共64个字符表示。如下：

Sequence Characters
0 … 25 ‘A’ … ’Z’
26 … 51 ‘a’ … ‘z’
52 … 61 ‘0’ … ‘9’
62 ‘+’
63 ‘/’

完整的映射如下：

The Base64 Alphabet

Value Encoding Value Encoding Value Encoding Value Encoding
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 (pad) =
15 P 32 g 49 x
16 Q 33 h 50 y

填充符=。当需要编码的字符不是3的倍数，就会有余数1或2。这个时候就需要填充2位或1位来补齐，使转换后是4个字节，最多填充两个‘＝’如：字符串“张”
11010101 HEX:D5 11000101 HEX:C5

00110101 00011100 00010100
十进制53 十进制34 十进制20 pad
字符’1’ 字符’i’ 字符’U’ 字符’=’

"张"转换成Base64就是"1iU="，"张3"转换成Base64的结果是"1iU3"。

编码过程，在网上一篇文章大概是如下描述：

第一个字符通过右移2位获得第一个目标字符的Base64表位置，根据这个数值取到表上相应的字符，就是第一个目标字符。
然后将第一个字符左移4位加上第二个字符右移4位，即获得第二个目标字符。
再将第二个字符左移2位加上第三个字符右移6位，获得第三个目标字符。
最后取第三个字符的右6位即获得第四个目标字符。
在以上的每一个步骤之后，再把结果与 0x3F 进行 AND 位操作，就可以得到编码后的字符了。

如果原文字节数不是3的倍数，原文的字节不够的地方可以用全0来补足，转换时Base64编码用=号来代替。这就是为什么有些Base64编码会以一个或两个等号结束的原因，但等号最多只有两个。因为:

余数 = 原文字节数 MOD 3

所以余数任何情况下都只可能是0，1，2这三个数中的一个。如果余数是0的话，就表示原文字节数正好是3的倍数（最理想的情况啦）。如果是1的话，为了让Base64编码是4的倍数，就要补2个等号；同理，如果是2的话，就要补1个等号。

3. 源码实现

实现 1)

base.h

#include <string>

std::string base64_encode(unsigned char const* , unsigned int len);
std::string base64_decode(std::string const& s);

base.cpp

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

static const std::string base64_chars =
"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
"0123456789+/";


static inline bool is_base64(unsigned char c) {
return (isalnum(c) || (c == '+') || (c == '/'));
}

std::string base64_encode(unsigned char const* bytes_to_encode, unsigned int in_len) {
std::string ret;
int i = 0;
int j = 0;
unsigned char char_array_3[3];
unsigned char char_array_4[4];

while (in_len--) {
char_array_3[i++] = *(bytes_to_encode++);
if (i == 3) {
char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;
char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);
char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);
char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;

for(i = 0; (i <4) ; i++)
ret += base64_chars[char_array_4[i]];
i = 0;
}
}

if (i)
{
for(j = i; j < 3; j++)
char_array_3[j] = '\0';

char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;
char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);
char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);
char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;

for (j = 0; (j < i + 1); j++)
ret += base64_chars[char_array_4[j]];

while((i++ < 3))
ret += '=';

}

return ret;

}

std::string base64_decode(std::string const& encoded_string) {
int in_len = encoded_string.size();
int i = 0;
int j = 0;
int in_ = 0;
unsigned char char_array_4[4], char_array_3[3];
std::string ret;

while (in_len-- && ( encoded_string[in_] != '=') && is_base64(encoded_string[in_])) {
char_array_4[i++] = encoded_string[in_]; in_++;
if (i ==4) {
for (i = 0; i <4; i++)
char_array_4[i] = base64_chars.find(char_array_4[i]);

char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);
char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);
char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];

for (i = 0; (i < 3); i++)
ret += char_array_3[i];
i = 0;
}
}

if (i) {
for (j = i; j <4; j++)
char_array_4[j] = 0;

for (j = 0; j <4; j++)
char_array_4[j] = base64_chars.find(char_array_4[j]);

char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);
char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);
char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];

for (j = 0; (j < i - 1); j++) ret += char_array_3[j];
}

return ret;
}

测试代码

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

int main() {
const std::string s = "ADP GmbH\nAnalyse Design & Programmierung\nGesellschaft mit beschr&auml;nkter Haftung" ;

std::string encoded = base64_encode(reinterpret_cast<const unsigned char*>(s.c_str()), s.length());
std::string decoded = base64_decode(encoded);

std::cout << "encoded: " << encoded << std::endl;
std::cout << "decoded: " << decoded << std::endl;

return 0;
}

实现 2）

类定义

class Base64
{
static char Encode(unsigned char uc);
static unsigned char Decode(char c);
static bool IsBase64(char c);
public:
static std::string Encode(
const std::vector<unsigned char> & vby);
static std::vector<unsigned char> Decode(
const std::string & str);
};

类实现

inline char Base64::Encode(unsigned char uc)
{
if (uc < 26)
{
return 'A'+uc;
}
if (uc < 52)
{
return 'a'+(uc-26);
}
if (uc < 62)
{
return '0'+(uc-52);
}
if (uc == 62)
{
return '+';
}
return '/';
};
inline unsigned char Base64::Decode(char c)
{
if (c >= 'A' && c <= 'Z')
{
return c - 'A';
}
if (c >= 'a' && c <= 'z')
{
return c - 'a' + 26;
}
if (c >= '0' && c <= '9')
{
return c - '0' + 52;
}
if (c == '+')
{
return 62;
};
return 63;
};
inline bool Base64::IsBase64(char c)
{
if (c >= 'A' && c <= 'Z')
{
return true;
}
if (c >= 'a' && c <= 'z')
{
return true;
}
if (c >= '0' && c <= '9')
{
return true;
}
if (c == '+')
{
return true;
};
if (c == '/')
{
return true;
};
if (c == '=')
{
return true;
};
return false;
};
inline std::string Base64::Encode(const std::vector<unsigned char> & vby)
{
std::string retval;
if (vby.size() == 0)
{
return retval;
};
for (int i=0;i<vby.size();i+=3)
{
unsigned char by1=0,by2=0,by3=0;
by1 = vby[i];
if (i+1<vby.size())
{
by2 = vby[i+1];
};
if (i+2<vby.size())
{
by3 = vby[i+2];
}
unsigned char by4=0,by5=0,by6=0,by7=0;
by4 = by1>>2;
by5 = ((by1&0x3)<<4)|(by2>>4);
by6 = ((by2&0xf)<<2)|(by3>>6);
by7 = by3&0x3f;
retval += Encode(by4);
retval += Encode(by5);
if (i+1<vby.size())
{
retval += Encode(by6);
}
else
{
retval += "=";
};
if (i+2<vby.size())
{
retval += Encode(by7);
}
else
{
retval += "=";
};
if (i % (76/4*3) == 0)
{
retval += "\r\n";
}
};
return retval;
};
inline std::vector<unsigned char> Base64::Decode(const std::string & _str)
{
std::string str;
for (int j=0;j<_str.length();j++)
{
if (IsBase64(_str[j]))
{
str += _str[j];
}
}
std::vector<unsigned char> retval;
if (str.length() == 0)
{
return retval;
}
for (int i=0;i<str.length();i+=4)
{
char c1='A',c2='A',c3='A',c4='A';
c1 = str[i];
if (i+1<str.length())
{
c2 = str[i+1];
};
if (i+2<str.length())
{
c3 = str[i+2];
};
if (i+3<str.length())
{
c4 = str[i+3];
};
unsigned char by1=0,by2=0,by3=0,by4=0;
by1 = Decode(c1);
by2 = Decode(c2);
by3 = Decode(c3);
by4 = Decode(c4);
retval.push_back( (by1<<2)|(by2>>4) );
if (c3 != '=')
{
retval.push_back( ((by2&0xf)<<4)|(by3>>2) );
}
if (c4 != '=')
{
retval.push_back( ((by3&0x3)<<6)|by4 );
};
};
return retval;
};