用于将字节进行base64编码或解码(C语言实现)
V1.0 2024年6月13日 发布于博客园
基本原理见代码注释!
base64.h
#ifndef _BASE64_H
#define _BASE64_H
/**
* @file name : base64.h
* @brief : 用于将字节进行base64编码或解码
* @author : [email protected]
* @date : 2024年6月12日
* @version : 1.0
* @note :
* CopyRight (c) 2023-2024 [email protected] All Right Reseverd
*/
/**Base64基本介绍
* 什么是Base64编码?
* 编码的主要目的是在需要通过文本传输或存储二进制数据的场景中，
* 确保数据的完整性和可读性。直接使用ASCII存储二进制数据存在一些问题，
* 因为二进制数据可能包含不可打印字符或特殊字符，这些字符在某些传输媒介（如电子邮件、URL等）中可能会被误解或破坏。
* 为什么要使用Base64？
* 可读性和可传输性：
* Base64编码将二进制数据转换为可打印的ASCII字符，确保数据在传输过程中不被改变。
* 许多传输协议（如SMTP邮件协议）只支持文本数据，Base64编码使得二进制数据可以通过这些协议传输。
*
* 避免数据损坏：
* 某些传输通道可能会对非文本数据进行处理或修改，Base64编码可以避免这些问题。
*
* 兼容性：
* Base64编码后的数据可以在不同系统和平台之间无缝传输，而不会受到字符集或编码方式的影响。
*
* Base64的应用：电子邮件附件、Web数据传输（图片、文件等）、数据存储（某些数据库）、加密和签名
*/
/**Base64基本原理
* Base64(64个字符) -->2^6即6个比特-->其字符编码范围为0~63
* -->"A-Z" "a-z" "0~9" "+" "/"
* -->'A-Z' -- 编码范围 0~25
* -->'a-z' -- 编码范围 26~51
* -->'0-9' -- 编码范围 52~61
* -->'+' -- 编码范围 62
* -->'/' -- 编码范围 63
*
* 注意, 最后不足4字符会以'='补齐
*
* 例如: 将ASCII码的"Man"转换为Base64编码为TWFu
* M---->ASCII对应值: A(65)+12 = 77 --->十六进制:0x4D--->二进制:0100 1101
* a---->ASCII对应值: a(97)+0 = 97 --->十六进制:0x61--->二进制:0110 0001
* n---->ASCII对应值: a(97)+13 = 110 --->十六进制:0x6E--->二进制:0110 1110
*
* 在内存中(ASCII) :0100 1101 0110 0001 0110 1110
* 6位划分为Base64 : 010011| 010110| 000101| 101110
* 但内存是以字节为单位 :00010011|00010110|00000101|00101110
* Base64显示 : T(19) W(22) F(5) u(46)
*
* 所以每3个字节ASCII码会生成4个字节的Base编码
*/
/***************************************头文件***************************************/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/***************************************END******************************************/
// 查找Base64字符在表中的位置, 进行数值还原
int base64_char_value(char c);
/**将字符串进行Base64编码
* @name base64_encode
* @brief 将字符串进行Base64编码
* @param input 输入的ASCII字符串
* @param output 得到的base64编码
* @date 2024年6月12日
* @version 1.0
* @note
*/
void base64_encode(const unsigned char *input, char *output);
/**将字符串进行Base64解码
* @name base64_decode
* @brief 将字符串进行Base64解码
* @param input 输入的base64编码
* @param output 得到的ASCII字符串
* @date 2024年6月12日
* @version 1.0
* @note
*/
void base64_decode(const char *input, unsigned char *output);
#endif
base64.c
/**
* @file name : base64.c
* @brief : 用于将字节进行base64编码或解码
* @author : [email protected]
* @date : 2024年6月12日
* @version : 1.0
* @note :
* CopyRight (c) 2023-2024 [email protected] All Right Reseverd
*/
#include "../../include/utilities/base64.h"
// Base64字符表, 用于编码和解码 static限制为文件域
static const char base64_table[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
// 查找Base64字符在表中的位置, 进行数值还原
int base64_char_value(char c)
{
if (c >= 'A' && c <= 'Z') // 'A'到'Z'的值为0到25
return c - 'A';
if (c >= 'a' && c <= 'z') // 'a'到'z'的值为26到51
return c - 'a' + 26;
if (c >= '0' && c <= '9') // '0'到'9'的值为52到61
return c - '0' + 52;
if (c == '+') // '+'的值为62
return 62;
if (c == '/') // '/'的值为63
return 63;
return -1; // 非Base64字符返回-1
}
/**将字符串进行Base64编码
* @name base64_encode
* @brief 将字符串进行Base64编码
* @param input 输入的ASCII字符串
* @param output 得到的base64编码
* @date 2024年6月12日
* @version 1.0
* @note
*/
void base64_encode(const unsigned char *input, char *output)
{
int length = strlen((const char *)input); // 计算输入字符串的长度
int i = 0; // 计数器
int j = 0;
unsigned char a3[3] = {0}; // 每次输入3个ASCII码字节缓冲区, 3个ASCII码可生成4个Base64编码
unsigned char a4[4] = {0}; // 每次输出4个Base64字符缓冲区
while (length--) // 输入字符串的长度每次载入3个字节, 即长度每次-3
{
a3[i++] = *(input++); // 载入字符到输入数组中
if (i == 3) // 若输入了3个字符, 则触发编码
{
/** a3[0] a3[1] a3[2]
* 在内存中(ASCII) :0100 1101 0110 0001 0110 1110
* 6位划分为Base64 : 010011| 010110| 000101| 101110
*/
a4[0] = (a3[0] & 0xfc) >> 2; // a3[0] & 11111100 取a3[0]的前6位
a4[1] = ((a3[0] & 0x03) << 4) + ((a3[1] & 0xf0) >> 4); // 取a3[0]的后2位和a3[1]的前4位
a4[2] = ((a3[1] & 0x0f) << 2) + ((a3[2] & 0xc0) >> 6); // 取a3[1]的后4位和a3[2]的前2位
a4[3] = a3[2] & 0x3f; // 取a3[2]的后6位
for (i = 0; i < 4; i++) // 每次输出4个编码后的字符
{
*output++ = base64_table[a4[i]]; // 将编码后的Base64值映射到Base64字符表, 转换为ASCII码的形式显示(只是显示, 内容是Base64)
}
i = 0; // 重置计数器
}
}
if (i) // 若位数不足3个字节
{
for (j = i; j < 3; j++) // 用0填充不足的字节部分
{
a3[j] = '\0';
}
// 同上操作
a4[0] = (a3[0] & 0xfc) >> 2;
a4[1] = ((a3[0] & 0x03) << 4) + ((a3[1] & 0xf0) >> 4);
a4[2] = ((a3[1] & 0x0f) << 2) + ((a3[2] & 0xc0) >> 6);
a4[3] = a3[2] & 0x3f;
// 将已编码好的部分输出, +1是因为若只有一个字节也至少生成2个字符, 始终会+1
for (j = 0; j < (i + 1); j++)
{
*output++ = base64_table[a4[j]];
}
while ((i++ < 3))
{
*output++ = '='; // 用'='填充不足的部分并输出
}
}
*output = '\0'; // 输出字符串完毕
}
/**将字符串进行Base64解码
* @name base64_decode
* @brief 将字符串进行Base64解码
* @param input 输入的base64编码
* @param output 得到的ASCII字符串
* @date 2024年6月12日
* @version 1.0
* @note
*/
void base64_decode(const char *input, unsigned char *output)
{
int i = 0; // 计数器
int j = 0;
unsigned char a4[4] = {0}; // 每次输入4个Base64字符缓冲区
unsigned char a3[3] = {0}; // 每次输出3个ASCII码字节缓冲区, 4个Base64编码可生成3个ASCII码
while (*input)
{
for (i = 0; i < 4; i++) // 以4个base字符为单位进行处理
{
if (*input == '=') // 若是末尾
{
a4[i] = 0; // 转换为'\0'
}
else // 若不是末尾
{
a4[i] = base64_char_value(*input);
}
input++; // 继续读入1个字符
}
a3[0] = (a4[0] << 2) + ((a4[1] & 0x30) >> 4); // 解码第一个字节 取消移位
a3[1] = ((a4[1] & 0x0f) << 4) + ((a4[2] & 0x3c) >> 2); // 解码第二个字节
a3[2] = ((a4[2] & 0x03) << 6) + a4[3]; // 解码第三个字节
for (j = 0; j < 3; j++)
{
*output++ = a3[j]; // 将解码后的字节写入输出
}
}
*output = '\0'; // 结束字符串
}
#if 0
int main()
{
// 测试Base64编码
const char *input_encode = "我爱中国"; // 正确值应该是"5oiR54ix5Lit5Zu9"
char output_encode[50]; // 需要足够大的数组来存储Base64编码后的字符串
base64_encode((const unsigned char *)input_encode, output_encode);
printf("Base64 Encoded: %s\n", output_encode);
// 测试Base64解码
const char *input_decode = "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";
unsigned char output_decode[1024]; // 需要足够大的数组来存储解码后的数据
base64_decode(input_decode, output_decode);
printf("Base64 Decoded:\n %s\n", output_decode);
return 0;
}
#endif
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