Base64 的原理、实现及应用

Stella981
• 阅读 312

Base64编码是基于64个字符(字符分别为:ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxzy0123456789+/)的编码方式,因为2的6次方正好为64,所以我们用6bit就可以表示出64个字符,eg:000000对应'A',000001对应'B',111111对应'/'。
转换表如下:

QQ截图20160411092432.png

按我们的习惯,8bit是1个字节,所以我们正常使用的时候,一般都是1Byte=8bit(字符'a'=97=01100001)来使用。所以我们处理字符串的时候会遇到8bit/16bit/24bit/32bit……的情况,而Base64按照6bit为一个单元,处理的时候会遇到6bit/12bit/18bit/24bit/30bit……的情况,8和6的最小公倍数是24,所以我们用1、2、3个正常字符这三种情况就可以把所有需要转换成Base64的字符串概括了。

  • 被3整除个字符(3/6/9/12……):abc=01100001 01100010 01100011 分成Base64分组后为:011000 010110 001001 100011 即24 22 9 35,对应Base64编码的 YWJj
  • 除3余1个字符(2/5/8/11……):ab=01100001 01100010,分成Base64分组后为:011000 010110 0010,0010不够6bit,需要补0为:001000,得到YWI,因为4个Base编码为一组,最后再补上'='补齐一组,即:YWI=
  • 除3余2个字符(1/4/7/10……):a=011000010,分成Base64分组后为:011000 01,01不够6bit,需要补0为:010000,得到YQ,因为4个Base编码为一组,最后再补上'='补齐一组,即:YQ==

上面的文字归结为下图:

QQ截图20160411094646.png

可以看出,所有转换后的Base64编码都是4个字符的倍数(4/8/12/16……),如果不够4个字符的,都用'='填充了。

/**
 * <p>Base64编码是基于64个字符(字符分别为:ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxzy0123456789+/)的编码方式,
 * 因为2的6次方正好为64,所以我们用6bit就可以表示出64个字符,eg:000000对应A,000001对应B</p>
 * <p>按我们的习惯,一般都是1Byte=8bit(字符'a'=97=01100001)的使用,所以我们可以用24bit(6和8的最小公倍数)来进行分组,24正好事3BYTE,可以分出4组Base64的分组,需要编码的字符串有如下情况:
 * <li>被3整除:abc=01100001 01100010 01100011 分成Base64分组后为:011000 010110 001001 100011 即24 22 9 35,对应Base64编码的 YWJj</li>
 * <li>除3余1:ab=01100001 01100010,分成Base64分组后为:011000 010110 0010,0010不够6bit,需要补0为:001000,得到YWI,因为4个Base编码为一组,最后再补上'='补齐一组,即:YWI=</li>
 * <li>除3余2:a=011000010,分成Base64分组后为:011000 01,01不够6bit,需要补0为:010000,得到YQ,因为4个Base编码为一组,最后再补上'='补齐一组,即:YQ==</li>
 * </p>
 * @author chmod400
 *
 */
public class Base64Utils {
    
    private static String codeStr = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxzy0123456789+/";
    private static char[] code = codeStr.toCharArray();
    
    /**
     * 对字符串进行Base64编码
     * @param str
     * @return
     */
    public static String encode(String str) {
        if(str == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        StringBuffer result = new StringBuffer();
        // 字符串转为二进制
        String binStr = str2Bin(str);
        // 6bit 为一个单元,需要补0的位数
        int tail = binStr.length() % 6;
        if(tail != 0) {//最后剩2bit,需要补4位,剩4位需要补2bit
            tail = 6 - tail;
        }
        for(int i = 0; i < tail; i++) {
            binStr += "0";
        }
        for(int i = 0; i < binStr.length() / 6; i++) {
            int beginIndex = i * 6;
            String s = binStr.substring(beginIndex, beginIndex+6);
            // 二进制转十进制
            int codePoint = Integer.valueOf(s, 2);
            // 对应的字符
            char c = code[codePoint];
            result.append(c);
        }
        // 需要补=的位数
        int groupNum = binStr.length() / 6;// 6bit为一组
        if((groupNum % 4) != 0) {
            tail = 4 - groupNum % 4;
        }
        for(int i = 0; i < tail; i++) {
            result.append("=");
        }
        return result.toString();
    }

    /**
     * base64解码
     * @param str
     * @return
     */
    public static String decode(String str) {
        if(str == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
        StringBuffer result =  new StringBuffer();
        // 去除末尾的'='
        int index = str.indexOf("=");
        if (index >= 0) {
            str = str.substring(0, index);
        }
        // base64字符串转换为二进制
        String binStr = base64Str2Bin(str);
        // 将二进制按8bit一组还原成原字符
        for(int i = 0; i < binStr.length() / 8; i++) {
            int beginIndex = i * 8;
            String s = binStr.substring(beginIndex, beginIndex+8);
            String c = bin2Str(s);
            result.append(c);
        }
        return result.toString();
    }
    
    /**
     * 字符串转换为二进制字符串
     * @param str
     * @return
     */
    private static String str2Bin(String str) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        // 字符串转为字符数组
        char[] c = str.toCharArray();
        for(int i = 0; i < c.length; i++) {
            // 将每个字符转换为二进制
            String s = Integer.toBinaryString(c[i]);
            // 需要补0的长度
            int len = 8 - s.length();
            for(int j = 0; j < len; j++) {
                s = "0" + s;
            }
            sb.append(s);
        }
        return sb.toString();
    }
    
    /**
     * Base64字符串转换为二进制字符串
     * @param str
     * @return
     */
    private static String base64Str2Bin(String str) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        // 字符串转为字符数组
        char[] c = str.toCharArray();
        for(int i = 0; i < c.length; i++) {
            // 将每个字符转换为二进制
            int index = codeStr.indexOf(c[i]);
            String s = Integer.toBinaryString(index);
            // 需要补0的长度
            int len = 6 - s.length();
            for(int j = 0; j < len; j++) {
                s = "0" + s;
            }
            sb.append(s);
        }
        return sb.toString();
    }
    
    /**
     * 二进制转换为字符串
     * @param binStr
     * @return
     */
    private static String bin2Str(String binStr) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        for(int i = 0; i < binStr.length() / 8; i++) {
            int beginIndex = i * 8;
            String s = binStr.substring(beginIndex, beginIndex+8);
            // 二进制转十进制
            int codePoint = Integer.valueOf(s, 2);
            // 对应的字符
            char c = Character.toChars(codePoint)[0];
            sb.append(c);
        }
        return sb.toString();
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(str2Bin("ab"));
//      System.out.println(bin2Str("000001000001000001000000"));
        /*System.out.println(encode("a"));
        System.out.println(encode("ab"));
        System.out.println(encode("abc"));
        System.out.println(encode(""));
        System.out.println(encode(null));*/
        
//      System.out.println(encode(codeStr));
        
        System.out.println(decode("YQ=="));
        System.out.println(decode("YWI="));
        System.out.println(decode("YWJj"));
        System.out.println(decode("QUJDREVGR0hJSktMTU5PUFFSU1RVVldYWVphYmNkZWZnaGlqa2xtbm9wcXJydHV2d3h6eTAxMjM0NTY3ODkrLw=="));
        System.out.println(decode(""));
        System.out.println(decode(null));
    }

}
点赞
收藏
评论区
推荐文章
秃头王路飞 秃头王路飞
2个月前
webpack5手撸vue2脚手架
webpack5手撸vue相信工作个12年的小伙伴们在面试的时候多多少少怕被问到关于webpack方面的知识,本菜鸟最近闲来无事,就尝试了手撸了下vue2的脚手架,第一次发帖实在是没有经验,望海涵。languageJavaScript"name":"vuecliversion2","version":"1.0.0","desc
技术小男生 技术小男生
2个月前
linux环境jdk环境变量配置
1:编辑系统配置文件vi/etc/profile2:按字母键i进入编辑模式,在最底部添加内容:JAVAHOME/opt/jdk1.8.0152CLASSPATH.:$JAVAHOME/lib/dt.jar:$JAVAHOME/lib/tools.jarPATH$JAVAHOME/bin:$PATH3:生效配置
光头强的博客 光头强的博客
2个月前
Java面向对象试题
1、请创建一个Animal动物类,要求有方法eat()方法,方法输出一条语句“吃东西”。创建一个接口A,接口里有一个抽象方法fly()。创建一个Bird类继承Animal类并实现接口A里的方法输出一条有语句“鸟儿飞翔”,重写eat()方法输出一条语句“鸟儿吃虫”。在Test类中向上转型创建b对象,调用eat方法。然后向下转型调用eat()方
刚刚好 刚刚好
2个月前
css问题
1、在IOS中图片不显示(给图片加了圆角或者img没有父级)<div<imgsrc""/</divdiv{width:20px;height:20px;borderradius:20px;overflow:h
blmius blmius
1年前
MySQL:[Err] 1292 - Incorrect datetime value: ‘0000-00-00 00:00:00‘ for column ‘CREATE_TIME‘ at row 1
文章目录问题用navicat导入数据时,报错:原因这是因为当前的MySQL不支持datetime为0的情况。解决修改sql\mode:sql\mode:SQLMode定义了MySQL应支持的SQL语法、数据校验等,这样可以更容易地在不同的环境中使用MySQL。全局s
晴空闲云 晴空闲云
2个月前
css中box-sizing解放盒子实际宽高计算
我们知道传统的盒子模型,如果增加内边距padding和边框border,那么会撑大整个盒子,造成盒子的宽度不好计算,在实务中特别不方便。boxsizing可以设置盒模型的方式,可以很好的设置固定宽高的盒模型。盒子宽高计算假如我们设置如下盒子:宽度和高度均为200px,那么这会这个盒子实际的宽高就都是200px。但是当我们设置这个盒子的边框和内间距的时候,那
艾木酱 艾木酱
1个月前
快速入门|使用MemFire Cloud构建React Native应用程序
MemFireCloud是一款提供云数据库,用户可以创建云数据库,并对数据库进行管理,还可以对数据库进行备份操作。它还提供后端即服务,用户可以在1分钟内新建一个应用,使用自动生成的API和SDK,访问云数据库、对象存储、用户认证与授权等功能,可专
Stella981 Stella981
1年前
KVM调整cpu和内存
一.修改kvm虚拟机的配置1、virsheditcentos7找到“memory”和“vcpu”标签,将<namecentos7</name<uuid2220a6d1a36a4fbb8523e078b3dfe795</uuid
helloworld_34035044 helloworld_34035044
5个月前
皕杰报表之UUID
​在我们用皕杰报表工具设计填报报表时,如何在新增行里自动增加id呢?能新增整数排序id吗?目前可以在新增行里自动增加id,但只能用uuid函数增加UUID编码,不能新增整数排序id。uuid函数说明:获取一个UUID,可以在填报表中用来创建数据ID语法:uuid()或uuid(sep)参数说明:sep布尔值,生成的uuid中是否包含分隔符'',缺省为
helloworld_28799839 helloworld_28799839
2个月前
常用知识整理
Javascript判断对象是否为空jsObject.keys(myObject).length0经常使用的三元运算我们经常遇到处理表格列状态字段如status的时候可以用到vue