C/C++学习 -- Base64算法

Base64算法概述

Base64是一种用于将二进制数据表示为ASCII字符集中的可打印字符的编码方法。它由64个不同的字符组成，通常包括26个大写字母、26个小写字母、10个数字以及两个特殊字符（通常是"+"和"/"）。Base64编码的目的是使数据变得不可读，而不是加密数据。它经常用于电子邮件、URL、XML和其他文本协议中，以确保数据的安全传输和存储。

Base64算法特点

可打印字符: Base64编码产生的字符全部来自可打印ASCII字符集，这意味着编码后的数据可以轻松地嵌入到文本中，不会引起编码后数据的不可读性。

固定长度: Base64编码的结果长度总是4的倍数，这有助于对齐和分割编码后的数据。

不可逆性: Base64编码是一种不可逆操作，编码后的数据无法还原为原始二进制数据。它只是将原始数据转换为一种可传输的形式。

Base64算法原理

Base64编码的原理非常简单，它将3个字节的二进制数据分为4个6位的块，然后将这些6位块映射到Base64字符集中的相应字符。如果原始数据不足3个字节，会进行填充以保证结果长度为4的倍数。

以下是Base64编码的基本步骤：

将输入数据划分为3字节的块。

将每个3字节块转换为4个6位块。

将6位块映射到Base64字符集中的字符。

如果原始数据长度不是3的倍数，进行填充。

C语言实现Base64算法

下面是一个简单的C语言函数，用于对数据进行Base64编码：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
const char base64_chars[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
void base64_encode(const uint8_t *data, size_t input_length, char *output) {
    int i = 0, j = 0;
    uint8_t byte3[3] = {0};
    uint8_t byte4[4] = {0};
    while (input_length--) {
        byte3[i++] = *(data++);
        if (i == 3) {
            byte4[0] = (byte3[0] & 0xfc) >> 2;
            byte4[1] = ((byte3[0] & 0x03) << 4) | ((byte3[1] & 0xf0) >> 4);
            byte4[2] = ((byte3[1] & 0x0f) << 2) | ((byte3[2] & 0xc0) >> 6);
            byte4[3] = byte3[2] & 0x3f;
            for (i = 0; i < 4; i++) {
                output[j++] = base64_chars[byte4[i]];
            }
            i = 0;
        }
    }
    if (i != 0) {
        for (int k = i; k < 3; k++) {
            byte3[k] = 0;
        }
        byte4[0] = (byte3[0] & 0xfc) >> 2;
        byte4[1] = ((byte3[0] & 0x03) << 4) | ((byte3[1] & 0xf0) >> 4);
        byte4[2] = ((byte3[1] & 0x0f) << 2) | ((byte3[2] & 0xc0) >> 6);
        for (int k = 0; k < i + 1; k++) {
            output[j++] = base64_chars[byte4[k]];
        }
        while (i++ < 3) {
            output[j++] = '=';
        }
    }
    output[j] = '\0';
}
int main() {
    uint8_t data[] = "Hello, Base64!";
    char encoded[100] = {0};
    base64_encode(data, strlen((char *)data), encoded);
    printf("Base64 Encoded: %s\n", encoded);
    return 0;
}

C++语言实现Base64算法

以下是一个C++版本的Base64编码函数：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
const std::string base64_chars =
    "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
    "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
    "0123456789+/";
std::string base64_encode(const std::vector<uint8_t> &data) {
    std::string encoded;
    int i = 0, j = 0;
    uint8_t byte3[3] = {0};
    uint8_t byte4[4] = {0};
    for (uint8_t byte : data) {
        byte3[i++] = byte;
        if (i == 3) {
            byte4[0] = (byte3[0] & 0xfc) >> 2;
            byte4[1] = ((byte3[0] & 0x03) << 4) | ((byte3[1] & 0xf0) >> 4);
            byte4[2] = ((byte3[1] & 0x0f) << 2) | ((byte3[2] & 0xc0) >> 6);
            byte4[3] = byte3[2] & 0x3f;
            for (i = 0; i < 4; i++) {
                encoded += base64_chars[byte4[i]];
            }
            i = 0;
        }
    }
    if (i != 0) {
        for (int k = i; k < 3; k++) {
            byte3[k] = 0;
        }
        byte4[0] = (byte3[0] & 0xfc) >> 2;
        byte4[1] = ((byte3[0] & 0x03) << 4) | ((byte3[1] & 0xf0) >> 4);
        byte4[2] = ((byte3[1] & 0x0f) << 2) | ((byte3[2] & 0xc0) >> 6);
        for (int k = 0; k < i + 1; k++) {
            encoded += base64_chars[byte4[k]];
        }
        while (i++ < 3) {
            encoded += '=';
        }
    }
    return encoded;
}
int main() {
    std::vector<uint8_t> data = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', ',', ' ', 'B', 'a', 's', 'e', '6', '4', '!'};
    std::string encoded = base64_encode(data);
    std::cout << "Base64 Encoded: " << encoded << std::endl;
    return 0;
}

这两个示例中的C和C++代码都实现了Base64编码，将原始数据转换为Base64格式的字符串。您可以根据自己的需要使用这些代码，以确保数据的安全传输和存储。请注意，这些示例代码只提供了Base64编码功能，如果需要解码功能，需要编写相应的解码函数。