[C语言]Base64编码解码
Base64编码解码
一，Base64编码原理
Base64编码的字符数组如下所示 ：
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/
字符串转Base64编码：取3字节的字符串转换为四字节的字符串，依次往后转换。得到Base64编码字符串。具体原理如下：
1，如果需要编码的原串字节数刚好为3的倍数，那么转换规则如下：
以中文字符'严'为例，'严'字的UTF-8编码为：0xE4B8A5 ＝ 11100100 10111000 10101001。即有:
1）UTF－8第一个字节：0xE4 =11100100
2）UTF－8第二个字节：0xB8 =10111000
3）UTF－8第三个字节：0xA5 =10101001
转Base64的过程如下：
1）Base64第一个字节：取UTF－8第一字节的前六位（111001），然后在六位字符前（111001）填充00，既得Base64编码的第一个字节（00111001）。
2）Base64第二个字节：取UTF－8第一字节的最后两位（00），再取UTF－8第二字节的前四位（1011）组成六位字符串001011，然后在组成的六位字符串（001011）前面填充00，既得Base64编码的第二个字节（00001011）
3）Base64第三个字节：取UTF－8第二字节的后四位（1000），再取UTF－8第三字节的前两位（10）组成六位字符串100010，然后在组成的六位字符串（100010）前面填充00，既得Base64编码的第三个字节（00100010）
4）Base64第四个字节：取UTF－8第三字节的后六位（101001），然后在六位字符前（101001）填充00，既得Base64编码的第四个字节（00101001）。
2，如果需要编码的原串字节数最后剩余2，那么转换规则如下：
以字符串"aa"为例，"aa"的UTF－8编码为：0x6161 = 01100001 01100001。既有：
1）UTF－8第一个字节：0x61 ＝ 01100001
2）UTF－8第二个字节：0x61 = 01100001
转Base64的过程如下：
1）Base64第一个字节：取UTF－8第一字节的前六位（011000），然后在六位字符前（011000）填充00，既得Base64编码的第一个字节（00011000）。
2）Base64第二个字节：取UTF－8第一字节的最后两位（01），再取UTF－8第二字节的前四位（0110）组成六位字符串010110，然后在组成的六位字符串（010110）前面填充00，既得Base64编码的第二个字节（00010110）。
3）Base64第三个字节：取UTF－8第二字节的后四位（0001），然后在四位字符（0001）前填充00，得六位字符串（000001），由于此时不够一个字节（八位），再在六位字符串（000001）后面填充00即可，既得Base64编码的第三个字节（00000100）。
4）Base64第四个字节：此时使用字符'='填充即可。
3，如果需要编码的原串字节数最后剩余1，那么转换规则如下：
以字符串"a"为例，"a"的UTF－8编码为：0x61 = 01100001。既有：
1）UTF－8第一个字节：0x61 ＝ 01100001
转Base64的过程如下：
1）Base64第一个字节：取UTF－8第一字节的前六位（011000），然后在六位字符前（011000）填充00，既得Base64编码的第一个字节（00011000）。
2）Base64第二个字节：取UTF－8第一字节的最后两位（01），然后在两位字符（01）前填充00，得四位字符串（0001），由于此时不够一个字节（八位），再在四位字符串（0001）后面填充0000即可，既得Base64编码的第二个字节（00010000）。
3）Base64第三个字节：此时使用字符'='填充即可。
3）Base64第四个字节：此时使用字符'='填充即可。
综上可得编码程序如下：
intbase64_string(constunsignedchar*src,unsignedchar*dest,unsignedchar*base64,intindex){assert(src);unsignedcharone;unsignedchartwo;unsignedcharthr;unsignedcharfou;size_tlen=strlen(src);if(len>=3){one=src[0]>>2;two=((src[0]&0x03)<<4)|(src[1]>>4);thr=((src[1]&0x0F)<<2)|(src[2]>>6);fou=src[2]&0x3F;*(dest+index++)=base64[one];*(dest+index++)=base64[two];*(dest+index++)=base64[thr];*(dest+index)=base64[fou];}elseif(len==2){one=src[0]>>2;two=((src[0]&0x03)<<4)|(src[1]>>4);thr=(src[1]&0x0F)<<2;*(dest+index++)=base64[one];*(dest+index++)=base64[two];*(dest+index++)=base64[thr];*(dest+index)='=';}elseif(len==1){one=src[0]>>2;two=(src[0]&0x03)<<4;*(dest+index++)=base64[one];*(dest+index++)=base64[two];*(dest+index++)='=';*(dest+index)='=';}else{printf("Unknowlength\n");}returnlen>=3?3:len;}voidbase64_encode(constunsignedchar*src,unsignedchar*dest){assert(src);unsignedcharbase64[]="ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";intindex=0;while(*src){intstep=base64_string(src,dest,base64,index);index+=4;src+=step;}*(dest+index)='\0';}
二，Base64解码
1，原理
Base64字符串以四字节为一组，转换为三字节的过程。依次类推，直到全部转化完成。
2，数组
由于Base64编码时用到如下所示的字符数组进行转换，字符数组如下：
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/
由上可知，A在数组的位置为0，故有（A，0）,依次类推有（B，1），（C，2）等。故可得如下所示的对应关系：
ABCDEFGHIJ0123456789KLMNOPQRST10111213141516171819UVWXYZabcd20212223242526272829efghijklmn30313233343536373839opqrstuvwx40414243444546474849yz012345675051525354555657585989+/60616263
由于编码时，如果得到的一个字节的值为0那么编码后即为A。相应的，在解码过程中，如果一个字节的值为A，那么转换为0即可。由于A的十进制值为65，而在编码数组的下标为0。既有A-65-0。同理，B的十进制值为66，在编码数组的下标为1，既有B-66-1。
Base64字符所在的区间为A-Z，a-z，0-9，+，/。由上可知，其中的临界值有如下对应关系：
base64字符 - 字符值（解码数组的下标） - 在base64编码数组中的下标
A - 65 - 0
Z - 90 - 25
a - 97 - 26
z - 122 - 51
0 - 48 - 52
9 - 57 - 61
+ - 43 - 62
/ - 47 - 63
一个字节八位，故最大值为2^8 = 256，但由上临界值可知最大值为122，所以实际解码数组定义为124长度即可（0-122存关键信息，123存'\0'）。故可得如下数组：
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x3E,0x00,0x00,0x00,0x3F,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x3A,0x3B,0x3C,0x3D,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0A,0x0B,0x0C,0x0D,0x0E,0x0F,0x10,0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17,0x18,0x19,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x1A,0x1B,0x1C,0x1D,0x1E,0x1F,0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x27,0x28,0x29,0x2A,0x2B,0x2C,0x2D,0x2E,0x2F,0x30,0x31,0x32,0x33,
获取数组的程序如下所示：
voidcreate_array(unsignedchar*array){intindex=0;for(index=0;index<123;index+=1){if(index==0x2B){*(array+index)=0x3E;}elseif(index==0x2F){*(array+index)=0x3F;}elseif(index>=0x30&&index<=0x39){*(array+index)=0x34+index-0x30;}elseif(index==0x3D){/*特殊字符'='，也可合并到else情况*/*(array+index)=0x00;}elseif(index>=0x41&&index<=0x5A){*(array+index)=index-0x41;}elseif(index>=0x61&&index<=0x7A)*(array+index)=0x1A+index-0x61;}else{*(array+index)=0x00;}}*(array+123)='\0';}
3，解码
解码时分三种情况处理：
1）四个字符中最后一个字符为'='的情况，以YWE=为例：
首先将除'='外的字节转换为对应的二进制：
Base64第一个字节：Y ：24 ＝ 0001 1000（24是Y对应数组下标的值）
Base64第二个字节：W：22 ＝ 0001 0110
Base64第三个字节：E ：4 ＝ 0000 0100
取Base64的第一字节后六位（011000）和Base64第二字节去掉前两位填充位00后（010110）的前两位（01），拼接后既得UTF－8编码的第一个字节（01100001）
取Base64的第二字节后四位（0110）和Base64第三字节去掉前两位填充位00后（000100），再去掉后两位填充位00后（0001），拼接后既得UTF－8编码的第二个字节（01100001）
2）四个字符中最后两个字符为'='的情况，以YQ==为例：
首先将除'='外的字节转换为对应的二进制：
Base64第一个字节：Y ：24 ＝ 0001 1000
Base64第二个字节：Q ：16 ＝ 0001 0000
取Base64的第一个字节后六位（011000）和Base64第二字节去掉前两位填充位00后（010000），再去掉后四位填充位0000后（01），拼接后即可得UTF－8编码的第一个字节（01100001）
3）四个字符中不包含字符'='的情况，以5Lil为例：
首先将除'='外的字节转换为对应的二进制：
Base64第一个字节：5：57 ＝ 0011 1001
Base64第二个字节：L：11 ＝ 0000 1011
Base64第三个字节：i：34 ＝ 0010 0010
Base64第四个字节：l：37 ＝ 0010 0101
取Base64第一个字节后六位（111001）和Base64第二字节去掉前两位填充位00后的前两位（00），拼接后既得UTF－8编码的第一个字节（11100100）
取Base64第二字节的后四位（1011）和Base64第三字节去掉前两位填充位00后的前四位（1000），拼接后既得UTF－8编码的第二字节（10111000）
取Base64第三字节的后两位（10）和Base64第四字节的后六位（100101），拼接后既得UTF－8编码的第三字节（10100101）
综上可知，解码程序如下：
intdecode_string(constunsignedchar*src,unsignedchar*dest,unsignedchar*array,intindex){assert(src);intstep=0;unsignedcharone;unsignedchartwo;unsignedcharthr;if(src[3]=='='&&src[2]=='='){one=(array[src[0]]<<2)|(array[src[1]]>>4);*(dest+index)=one;step=1;}elseif(src[3]=='='){one=(array[src[0]]<<2)|(array[src[1]]>>4);two=((array[src[1]]&0x0F)<<4)|(array[src[2]]>>2);*(dest+index++)=one;*(dest+index)=two;step=2;}else{one=(array[src[0]]<<2)|(array[src[1]]>>4);two=((array[src[1]]&0x0F)<<4)|(array[src[2]]>>2);thr=(array[src[2]]<<6)|array[src[3]];*(dest+index++)=one;*(dest+index++)=two;*(dest+index)=thr;step=3;}returnstep;}voidbase64_decode(constunsignedchar*src,unsignedchar*dest){assert(src);unsignedchararray[124];memset(array,0x00,124);create_array(array);intindex=0;while(*src){intstep=decode_string(src,dest,array,index);index+=step;src+=4;}*(dest+index)='\0';}
参考文献：http://blog.itpub.net/18903360/viewspace-1985669/
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