解码base64_linux C++ Base64编解码

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 z1 B  18 S   35 j   52 02 C  19 T   36 k   53 13 D  20 U   37 l   54 24 E  21 V   38 m   55 35 F  22 W   39 n   56 46 G  23 X   40 o   57 57 H  24 Y   41 p   58 68 I  25 Z   42 q   59 79 J  26 a   43 r   60 810 K  27 b   44 s   61 911 L  28 c   45 t   62 +12 M  29 d   46 u   63 /13 N  30 e   47 v14 O  31 f   48 w   15 P  32 g   49 x16 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。

3d04b21dad76a27f1049a561a0645364.png
  • 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?

690735a0bee49cf51b6400f4fc8273cb.png
  • 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/wo541075754/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);//编码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;}else{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int fd_w = open(fileName2,O_CREAT|O_WRONLY,S_IRUSR | S_IWUSR);if(fd_w > 0){write(fd_w,(char*)encode,count);}close(fd_w);

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