Base64 编码的原理及实现方法分享

转载: 关于base64编码的原理及实现、Base64编码原理

很多网站都和我一样转载了这篇博文，但是要么没有注明转载出处，要么就是把别人的转载文章当成了原文，我废了些功夫，查到了这篇文章最早的来源——使用搜索引擎再也找不到更早的来源了，所以可以认为这就是原文了。
我这么做没有别的意思，只不过是对原作者的尊重。

发表在木子屋上的博文给出了 Base64 编码的原理和示例，另一篇博客园上的文章除了给出了更多的示例外，还给出了一个实现 Base64 编码的方法。
网上所流行的版本其实就是把这两篇文章拼接起来。

一、Base64 编码原理

我们的图片大部分都是可以转换成 Base64 编码的 data:image。这个在将 canvas 保存为 img 的时候尤其有用。虽然除 IE 外，大部分现代浏览器都已经支持原生的基于 Base64 的 encode 和 decode，例如 btoa 和 atob，但是出于好奇心，还是驱使我去了解下 Base64 编码的原理。以便也在不支持原生 Base64 编码的 IE 下也可以实现。

【Base64】

步骤1：将所有字符转化为ASCII码；
步骤2：将ASCII码转化为8位二进制；
步骤3：将二进制3个归成一组(不足3个在后边补0)共24位，再拆分成4组，每组6位；
步骤4：统一在6位二进制前补两个0凑足8位；
步骤5：将补0后的二进制转为十进制；
步骤6：从Base64编码表获取十进制对应的Base64编码；

（注：1. 要求被编码字符是8bit的，所以须在ASCII编码范围内，\u0000-\u00ff，中文就不行。
2. 如果被编码字符长度不是3的倍数的时候，则都用0代替，对应的输出字符为=）

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	/

说明：不足3个补0的最终Base64编码为=，而不是A！

二、Base64 编码示例

字符长度为能被3整除时：比如“Tom” ：

            T            o            m
ASCII:      84          111         109
8bit字节:   01010100    01101111    01101101
6bit字节:     010101      000110      111101      101101
十进制:     21          6           61          45
对应编码:   V           G           9           t

所以，btoa(‘Tom’) = VG9t

字符串长度不能被3整除时，比如“Lucy”：

            L           u           c           y
ASCII:      76          117         99          121
8bit字节:   01001100    01110101    01100011    01111001      00000000    00000000
6bit字节:     010011      000111      010101      100011      011110  010000  000000  000000
十进制:     19          7           21          35             30      16      (异常) (异常)      
对应编码:   T           H           V           j               e       Q       =       =

由于Lucy只有4个字母，所以按3个一组的话，第二组还有两个空位，所以需要用0来补齐。这里就需要注意，因为是需要补齐而出现的0，所以转化成十进制的时候就不能按常规用base64编码表来对应，所以不是a，可以理解成为一种特殊的“异常”，编码应该对应“=”。

zyq对应Base64编码为enlx

mzwu对应Base64编码为bXp3dQ==

三、Base64 编码实现

有了上面的理论，那我们实现一个base64编码就容易了。

/**
 * language: javascript
 * base64 encoding & decoding
 * for fixing browsers which don't support Base64 | btoa |atob
 */

(function (win, undefined) {
 
    var Base64 = function () {
        var base64hash = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";

       // btoa method
        function _btoa (s) {
            if (/([^\u0000-\u00ff])/.test(s)) {
                throw new Error("INVALID_CHARACTER_ERR");
            }    
            var i = 0,
                prev,
                ascii,
                mod,
                result = [];

            while (i < s.length) {
                ascii = s.charCodeAt(i);
                mod = i % 3;

                switch(mod) {
                    // 第一个6位只需要让8位二进制右移两位
                    case 0:
                        result.push(base64hash.charAt(ascii >> 2));
                        break;
                    //第二个6位 = 第一个8位的后两位 + 第二个8位的前4位
                    case 1:
                        result.push(base64hash.charAt((prev & 3) << 4 | (ascii >> 4)));
                        break;
                    //第三个6位 = 第二个8位的后4位 + 第三个8位的前2位
                    //第4个6位 = 第三个8位的后6位
                    case 2:
                        result.push(base64hash.charAt((prev & 0x0f) << 2 | (ascii >> 6)));
                        result.push(base64hash.charAt(ascii & 0x3f));
                        break;
                }

                prev = ascii;
                i ++;
            }

            // 循环结束后看mod, 为0 证明需补3个6位，第一个为最后一个8位的最后两位后面补4个0。另外两个6位对应的是异常的“=”；
            // mod为1，证明还需补两个6位，一个是最后一个8位的后4位补两个0，另一个对应异常的“=”
            if(mod == 0) {
                result.push(base64hash.charAt((prev & 3) << 4));
                result.push("==");
            } else if (mod == 1) {
                result.push(base64hash.charAt((prev & 0x0f) << 2));
                result.push("=");
            }

            return result.join("");
        }

        // atob method
        // 逆转encode的思路即可
        function _atob (s) {
            s = s.replace(/\s|=/g, "");
            var cur,
                prev,
                mod,
                i = 0,
                result = [];

            while (i < s.length) {
                cur = base64hash.indexOf(s.charAt(i));
                mod = i % 4;

                switch (mod) {
                    case 0:
                        //TODO
                        break;
                    case 1:
                        result.push(String.fromCharCode(prev << 2 | cur >> 4));
                        break;
                    case 2:
                        result.push(String.fromCharCode((prev & 0x0f) << 4 | cur >> 2));
                        break;
                    case 3:
                        result.push(String.fromCharCode((prev & 3) << 6 | cur));
                        break;
                        
                }

                prev = cur;
                i ++;
            }

            return result.join("");
        }

        return {
            btoa: _btoa,
            atob: _atob,
            encode: _btoa,
            decode: _atob
        };
    }();
    if (!win.Base64) { win.Base64 = Base64 }
    if (!win.btoa) { win.btoa = Base64.btoa }
    if (!win.atob) { win.atob = Base64.atob }

 })(window)

Base64 example

上面的js代码我并没有测试过，不能用的话由原作者负责。

一、Base64 编码原理

二、Base64 编码示例

三、Base64 编码实现

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