【C语言】C语言编程实战：Base64编解码算法从理论到实现（文末附完整代码）

文章目录

• 1. 概述
• 2. 原理
• • 2.1 Base64编码表
  • 2.2 Base64编码步骤
  • 2.3 Base64解码步骤
  • 3. 核心代码解读
  • 4. 完整代码下载
  • 5. ���结

    1. 概述

    Base64算法是一种基于64个字符的编码算法，常用于在通常处理文本数据的场合，表示、传输、存储一些二进制数据。该算法使用可打印字符集来表示二进制数据，使得数据可以在文本格式中安全地传输和存储。

    （）

    2. 原理

    为了保证所输出的编码为可读字符，Base64制定了一个由特定ASCII码组成的编码表，以便进行统一编码转换。编码表的大小为2^6=64，这就是Base64名称的由来。

    如下所示，Base64编码表包括A-Z、a-z、0-9、+/共64个可打印字符。

    （）

    2.1 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	/

    2.2 Base64编码步骤

    1. 将源数据划分为每3个字节一组，一组组的进行运算。
    2. 将每一组的3个字节转换为二进制，得到24位的数据（如果最后一组源数据不足3字节，不足的部分补0，如M补成M00,Ma补成Ma0）。
    3. 将24位数据按照每6位一组进行重新划分，得到4组长度为6位的新数据。
    4. 将每组6位长度的新数据（高2位补0）转换为10进制数，得到一个范围为[0, 63)之间的数字。4组新数据共得到4个10进制数字。
    5. 拿上一步计算出的4个10进制数字分别去查Base64编码表，得到4个ASCII符号，将其连起来，得到一个4字节长度的字符串，这就是这一组3字节源数据计算得到的base64值了。
    6. 重复步骤2-5，直到计算完成。把每一组3字节源数据计算得到的base64值连接起来。
    7. 如果源数据长度刚好是3的整数倍，那么上一步计算完就得到最终的base64编码了。如果源数据最后一组不足3字节，可能只有1个或2个字节，这时存在2个或者1个填充标记（0），此时需要将上一步计算出的base64编码结尾1到2个字符替换为=，有几个填充标记就就替换为几个=。以标示实际数据只占原来编码的一部分，解码时需要把这部分数据排除掉。

    理论总是抽象的，下面我们直接看例子。

    • 举例子

      1. 假设需要编码的文本字符串是Man（在ASCII中，M=77, a=97, n=110）。

          将字符转换为ASCII值： M a n 77 97 110 将ASCII值转换为二进制： 01001101 01100001 01101110  重新分组为4个6位的单元： 010011 010110 000101 101110  将这些6位的单元转换为十进制： 19 22 5 46  根据Base64索引表找到对应的字符： T W F u

      因此，Man这个字符串的Base64编码结果是TWFu。

      1. 假设我们有一个字符串Ma，它只有两个字节（在ASCII中，M=77, a=97）。

          首先将字符转换为ASCII值，再将ASCII值转换为二进制形式： M a 77 97  01001101 01100001  现在我们只有两个字节，少于一个完整的3字节组。 为了形成一个完整的3字节组，我们需要对最后一个不完整的字节组进行填充。 在这个例子中，我们添加一个字节的填充，即8个比特位的0。  01001101 01100001 00000000  接下来，我们将这个24位的数据重新划分为4个6位的单元：  010011 010110 000100 000000  将这些6位的单元转换为十进制数，然后对照Base64编码表找到相应的字符：  19 22 4 0 T W E A  然而，因为我们进行了填充，所以要在Base64编码后加上等号。 在这个例子中，我们进行了一个字节的填充，所以在Base64编码末尾添加一个等号。

      因此，字符串Ma的Base64编码结果是TWE=。

      1. 假设我们有一个字符串Ma，它只有一个字节（在ASCII中，M=77）。

          首先将字符 "M"转换为ASCII值，并将该值转换为二进制形式：  M 77  二进制: 01001101  现在我们只有一个字节，远少于一个完整的3字节组。为了形成一个完整的3字节组，我们需要对其进行填充。在这个例子中，我们添加两个字节的填充，即16个比特位的0：  01001101 00000000 00000000  接下来，我们将这个24位的数据重新划分为4个6位的单元：  010011 010000 000000 000000  将这些6位的单元转换为十进制数，然后对照Base64编码表找到相应的字符：  19 16 0 0 T Q A A  由于我们进行了填充，所以要在Base64编码后加上两个等号==，以标示实际数据只占原来编码的一部分。在这个例子中，我们进行了两个字节的填充，所以在Base64编码末尾添加两个等号。

      因此，字符串M的Base64编码结果是TQ==。

      2.3 Base64解码步骤

      解码Base64编码的过程与编码相反，将每个Base64字符转换为对应的6位二进制值，然后将这些6 位值组合成原始的二进制数据，再还原回去即可。

      3. 核心代码解读

      1. base64编码表

      char *base64_encodetable = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";

      1. base64最终结果长度计算

      //每3个字节一组转化为4字节//因此计算可以分多少组，将组数乘以4就是编码后的长度codelength = ((length / 3) + (length % 3 > 0 ? 1 : 0)) * 4;

      1. 每3个字节一组转化为4字节并进行计算

      /* * src为源数据 * length为源数据长度 * base64code用于存储最终的base64编码结果 **///每3个字节分一组,调用_base64_section_encode()计算其base64，然后把每一组的base64值拼接起来。for (i = 0; i  
      源数据3字节分组计算base64
      //数字字符串表static char *num_table = "0123456789";/* * char类型数转换为2进制字符串格式, 如2->"10", 6->"110" **/static char *char2binstr(char value){int i = 0;char binstr[9] = {};//取到每一位之后，查表得到对应的字符拼接成一个字符串for (i = 0; i  i];return strdup(binstr);}/* * 2进制字符串格式数据转换为10进制数字，如"10"->2, "110"->6 **/static char binstr2char(char *binstr){int i = 0;char value = 0;int length = 0;if (!binstr)return 0;length = strlen(binstr);//取得2进制字符串的每一个字节，将其转化对应的数字，然后还原数据。for (i = 0; i