C语言实现Base64编码/解码

Posted 2021-08-14 无痕幽雨

Bse64是一种以64个可打印字符对二进制数据进行编码的编码算法。base64在对数据进行编码时以三个8位字符型数据为一组，取这三个字符型数据的ASCII码，然后以6位为一组组成4个新的数据，这4个新的数据有6位，所以它的最大值为2^6=64。我们以4个6位数据的十进制数从base64表中得到最终编码后的字符。

Base64 编码表

Value	Char	Value	Char	Value	Char	Value	Char
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	/

 

       由于base64编码是将编码前的3*8位数据，分解成4个6位的数据，所以经过base64编码后的字符串长度是4的倍数。但往往我们进行编码的数据长度并不是3的倍数，这就造成了“编码”后的位数不为4的倍数，比如Brisk共5×8=40位，以6位为一组可以分为7组，这样“编码”后就有7个字符，但base64编码后的字符长度应该是4的倍数，显然这里就出问题了，那么怎么办呢？前面的不可以抛弃掉，所以就只有“追加”了，所以Brisk经过base64编码后的长度应该是8个字符，而第8个编码后的字符是'='，再比如对单个字符a进行base64编码，由于它的长度不是3的倍数，以3个字节为一组它只能分一组，再以6位为一位它只能分两组，所以经过“编码”后它的长度是2，但base64编码后的个数应该是4的倍数，所以它的长度应该是4，所以在后面补上两个‘=’,由于一个数求余3后有三个不同的结果，0、1、2，所以在对一个数据进行base64进行编码后它的长度为：

（1）当进行编码的数据长度是3的倍数时，len=strlen(str_in)/3*4;
（2）当进行编码的数据长度不是3的倍数时，len=(strlen(str_in)/3+1)*4;

       我们以Brisk这个例子来说明一下base64编码的过程。首先我们以3个字符为一组将Brisk进行分组，Brisk被氛围两组：Bri 和 sk；然后我们取出这两个分组中每个字节的ASCII码，B:66 r:114 i:105 s:115 k:107。它们对应的二进制数为  B:01000010 r:01110010 i:01101001 s:01110011 k:01101011；

       第一组，我们以6位为一组对每一个3字节分组进行再分组就变成了010000 100111 001001 101001。所对应的十进制数是16 39 9 41，对应base64表中的结果是 Q n J p；

       第二组，011100 110110 101100(不够补0)，所以对应的十进制数是 28 54 44，对应base64表中的结果是 c 2 s，最终结果为QnJpc2s=（因为第二组“编码”后只有三个字节）。

      解码的过程是一个逆过程，我们将经过编码后的字符按4个字符为一组，然后对照base64表得到相应的十进制数，再将其通过拆分和组合，组成3个8位数据，这个数据就是解码后的数据，下面给一个c语言实现编码和解码的代码。

/*base64.h*/  
#ifndef _BASE64_H  
#define _BASE64_H  
  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
  
unsigned char *base64_encode(unsigned char *str);  
  
unsigned char *bae64_decode(unsigned char *code);  
  
#endif  

/*base64.c*/  
#include "base64.h"  
  
unsigned char *base64_encode(unsigned char *str)  
{  
    long len;  
    long str_len;  
    unsigned char *res;  
    int i,j;  
//定义base64编码表  
    unsigned char *base64_table="ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";  
  
//计算经过base64编码后的字符串长度  
    str_len=strlen(str);  
    if(str_len % 3 == 0)  
        len=str_len/3*4;  
    else  
        len=(str_len/3+1)*4;  
  
    res=malloc(sizeof(unsigned char)*len+1);  
    res[len]='\\0';  
  
//以3个8位字符为一组进行编码  
    for(i=0,j=0;i<len-2;j+=3,i+=4)  
    {  
        res[i]=base64_table[str[j]>>2]; //取出第一个字符的前6位并找出对应的结果字符  
        res[i+1]=base64_table[(str[j]&0x3)<<4 | (str[j+1]>>4)]; //将第一个字符的后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  
        res[i+2]=base64_table[(str[j+1]&0xf)<<2 | (str[j+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  
        res[i+3]=base64_table[str[j+2]&0x3f]; //取出第三个字符的后6位并找出结果字符  
    }  
  
    switch(str_len % 3)  
    {  
        case 1:  
            res[i-2]='=';  
            res[i-1]='=';  
            break;  
        case 2:  
            res[i-1]='=';  
            break;  
    }  
  
    return res;  
}  
  
unsigned char *base64_decode(unsigned char *code)  
{  
//根据base64表，以字符找到对应的十进制数据  
    int table[]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    		 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    		 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    		 0,0,0,0,0,0,0,62,0,0,0,
    		 63,52,53,54,55,56,57,58,
    		 59,60,61,0,0,0,0,0,0,0,0,
    		 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,
    		 13,14,15,16,17,18,19,20,21,
    		 22,23,24,25,0,0,0,0,0,0,26,
    		 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
    	       };  
    long len;  
    long str_len;  
    unsigned char *res;  
    int i,j;  
  
//计算解码后的字符串长度  
    len=strlen(code);  
//判断编码后的字符串后是否有=  
    if(strstr(code,"=="))  
        str_len=len/4*3-2;  
    else if(strstr(code,"="))  
        str_len=len/4*3-1;  
    else  
        str_len=len/4*3;  
  
    res=malloc(sizeof(unsigned char)*str_len+1);  
    res[str_len]='\\0';  
  
//以4个字符为一位进行解码  
    for(i=0,j=0;i < len-2;j+=3,i+=4)  
    {  
        res[j]=((unsigned char)table[code[i]])<<2 | (((unsigned char)table[code[i+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表的十进制数的后2位进行组合  
        res[j+1]=(((unsigned char)table[code[i+1]])<<4) | (((unsigned char)table[code[i+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bas464表的十进制数的后4位进行组合  
        res[j+2]=(((unsigned char)table[code[i+2]])<<6) | ((unsigned char)table[code[i+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 res;  
  
}

/*一个测试程序*/  
#include "base64.h"  
#include <stdio.h> 
#include <string.h>   
  
int main(int argc,char **argv)  
{  
    unsigned char *buf =NULL;
    if(strcmp(argv[1],"-d") == 0) 
    { 
	buf = base64_decode(argv[2]);
        printf("%s\\n",buf);  
    }
    else  
    {
	buf = base64_encode(argv[1]);
        printf("%s\\n",buf);   
    }
 
    free(buf);
  
    return 0;  
}

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