C语言实现Base64编码/解码

小灰灰 2022-06-03 04:38 231阅读 0赞

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

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">Value</td> 
   <td style="text-align:center;">Char&nbsp;</td> 
   <td style="text-align:center;">Value</td> 
   <td style="text-align:center;">Char&nbsp;</td> 
   <td style="text-align:center;">Value</td> 
   <td style="text-align:center;">Char&nbsp;</td> 
   <td style="text-align:center;">Value</td> 
   <td style="text-align:center;">Char&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">0</td> 
   <td style="text-align:center;">A</td> 
   <td style="text-align:center;">16</td> 
   <td style="text-align:center;">Q</td> 
   <td style="text-align:center;">32</td> 
   <td style="text-align:center;">g</td> 
   <td style="text-align:center;">48</td> 
   <td style="text-align:center;">w</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">1</td> 
   <td style="text-align:center;">B</td> 
   <td style="text-align:center;">17</td> 
   <td style="text-align:center;">R</td> 
   <td style="text-align:center;">33</td> 
   <td style="text-align:center;">h</td> 
   <td style="text-align:center;">49</td> 
   <td style="text-align:center;">x</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">2</td> 
   <td style="text-align:center;">C</td> 
   <td style="text-align:center;">18</td> 
   <td style="text-align:center;">S</td> 
   <td style="text-align:center;">34</td> 
   <td style="text-align:center;">i</td> 
   <td style="text-align:center;">50</td> 
   <td style="text-align:center;">y</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">3</td> 
   <td style="text-align:center;">D</td> 
   <td style="text-align:center;">19</td> 
   <td style="text-align:center;">T</td> 
   <td style="text-align:center;">35</td> 
   <td style="text-align:center;">j</td> 
   <td style="text-align:center;">51</td> 
   <td style="text-align:center;">z</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">4</td> 
   <td style="text-align:center;">E</td> 
   <td style="text-align:center;">20</td> 
   <td style="text-align:center;">U</td> 
   <td style="text-align:center;">36</td> 
   <td style="text-align:center;">k</td> 
   <td style="text-align:center;">52</td> 
   <td style="text-align:center;">0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">5</td> 
   <td style="text-align:center;">F</td> 
   <td style="text-align:center;">21</td> 
   <td style="text-align:center;">V</td> 
   <td style="text-align:center;">37</td> 
   <td style="text-align:center;">l</td> 
   <td style="text-align:center;">53</td> 
   <td style="text-align:center;">1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">6</td> 
   <td style="text-align:center;">G</td> 
   <td style="text-align:center;">22</td> 
   <td style="text-align:center;">W</td> 
   <td style="text-align:center;">38</td> 
   <td style="text-align:center;">m</td> 
   <td style="text-align:center;">54</td> 
   <td style="text-align:center;">2</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">7</td> 
   <td style="text-align:center;">H</td> 
   <td style="text-align:center;">23</td> 
   <td style="text-align:center;">X</td> 
   <td style="text-align:center;">39</td> 
   <td style="text-align:center;">n</td> 
   <td style="text-align:center;">55</td> 
   <td style="text-align:center;">3</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">8</td> 
   <td style="text-align:center;">I</td> 
   <td style="text-align:center;">24</td> 
   <td style="text-align:center;">Y</td> 
   <td style="text-align:center;">40</td> 
   <td style="text-align:center;">o</td> 
   <td style="text-align:center;">56</td> 
   <td style="text-align:center;">4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">9</td> 
   <td style="text-align:center;">J</td> 
   <td style="text-align:center;">25</td> 
   <td style="text-align:center;">Z</td> 
   <td style="text-align:center;">41</td> 
   <td style="text-align:center;">p</td> 
   <td style="text-align:center;">57</td> 
   <td style="text-align:center;">5</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">10</td> 
   <td style="text-align:center;">K</td> 
   <td style="text-align:center;">26</td> 
   <td style="text-align:center;">a</td> 
   <td style="text-align:center;">42</td> 
   <td style="text-align:center;">q</td> 
   <td style="text-align:center;">58</td> 
   <td style="text-align:center;">6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">11</td> 
   <td style="text-align:center;">L</td> 
   <td style="text-align:center;">27</td> 
   <td style="text-align:center;">b</td> 
   <td style="text-align:center;">43</td> 
   <td style="text-align:center;">r</td> 
   <td style="text-align:center;">59</td> 
   <td style="text-align:center;">7</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">12</td> 
   <td style="text-align:center;">M</td> 
   <td style="text-align:center;">28</td> 
   <td style="text-align:center;">c</td> 
   <td style="text-align:center;">44</td> 
   <td style="text-align:center;">s</td> 
   <td style="text-align:center;">60</td> 
   <td style="text-align:center;">8</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">13</td> 
   <td style="text-align:center;">N</td> 
   <td style="text-align:center;">29</td> 
   <td style="text-align:center;">d</td> 
   <td style="text-align:center;">45</td> 
   <td style="text-align:center;">t</td> 
   <td style="text-align:center;">61</td> 
   <td style="text-align:center;">9</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">14</td> 
   <td style="text-align:center;">O</td> 
   <td style="text-align:center;">30</td> 
   <td style="text-align:center;">e</td> 
   <td style="text-align:center;">46</td> 
   <td style="text-align:center;">u</td> 
   <td style="text-align:center;">62</td> 
   <td style="text-align:center;">+</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:center;">15</td> 
   <td style="text-align:center;">P</td> 
   <td style="text-align:center;">31</td> 
   <td style="text-align:center;">f</td> 
   <td style="text-align:center;">47</td> 
   <td style="text-align:center;">v</td> 
   <td style="text-align:center;">63</td> 
   <td style="text-align:center;">/</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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;  
    }

编译    
gcc -o test test.c base64.c

./test a123456  
YTEyMzQ1Ng==

./test -d YTEyMzQ1Ng==  
a123456

参考：http://blog.163.com/lixiangqiu\_9202/blog/static/5357503720140593058179/

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