【字符編碼】字符編碼 && Base64編碼算法

時間 2019-11-20

原文原文鏈接

1、前言html

　　在前面的解決亂碼的一文中，只找到瞭解決辦法，可是沒有爲何，說白了，就是對編碼仍是不是太熟悉，編碼問題是一個很簡單的問題，計算機從業人員應該也必須弄清楚，基於編碼的應用有Base64加密算法，而後，這個問題一直放着，想找個機會解決。因而乎，終於逮到機會，開始下手。java

2、編碼算法

　　關於ASCII、Unicode編碼、UTF-8編碼等問題，能夠參見筆者另一篇博客【字符編碼】完全理解字符編碼。網絡

3、Base64算法app

　　Base64是網絡上最多見的用於傳輸8Bit字節代碼的編碼方式之一，關於Base64的介紹能夠參見這兩篇文章base64，BASE64算法，下面咱們經過Java來實現Base64編碼算法而且詳細解析其中遇到的問題。ide

　　Base64編碼算法的流程圖以下：post

　　說明：Base64規則表由Base64的規定的規則獲得，而逆向Base64規則表則經過少許的計算得到，如某Base64的編碼字符串爲QQ==，對於字符Q而言，Q的ASCII編碼爲81，Base64規則中，16對應Q，則將逆向Base64表中下標爲81的項置爲16。其他不在Base64中的元素在逆向表中值爲-1，逆向表的計算流程以下：編碼

4、Base64算法的Java實現加密

　　Java中的字符都是以Unicode格式進行存儲的，如何查看任一個字符在Java中的表示？使用以下代碼便可　url

import java.io.UnsupportedEncodingException;
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        String str = "張";
        byte[] bytes = str.getBytes("utf-8");
        for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
            System.out.print(Integer.toHexString(bytes[i] & 0xff).toUpperCase() + " ");
        }
    }
}

View Code

　　運行結果：

　　E5 BC A0

　　說明：假設中文張的編碼爲GBK，則轉化爲UTF-8編碼通過了GBK->Unicode->UTF-8的步驟。

　　Base64算法代碼清單　　

package com.leesf.chapter10;

import java.io.UnsupportedEncodingException;

public class Base64 {
    private static char[] base64EncodeChars = new char[] { 'A', 'B', 'C', 'D',
            'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M', 'N', 'O', 'P', 'Q',
            'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z', 'a', 'b', 'c', 'd',
            'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm', 'n', 'o', 'p', 'q',
            'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z', '0', '1', '2', '3',
            '4', '5', '6', '7', '8', '9', '+', '/' };

    private static byte[] base64DecodeChars = new byte[] { -1, -1, -1, -1, -1,
            -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,
            -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,
            -1, -1, -1, -1, 62, -1, -1, -1, 63, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59,
            60, 61, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 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, -1,
            -1, -1, -1, -1, -1, 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, -1, -1, -1,
            -1, -1 };

    public static String encode(byte[] data) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        int len = data.length;
        int i = 0;
        int b1, b2, b3;
        while (i < len) {
            // 提取b1
            b1 = data[i++] & 0xff;
            if (i == len) { // len % 3 == 1
                // 向右無符號移動2位，保留b1的0-5位（前六位）
                sb.append(base64EncodeChars[b1 >>> 2]);
                // 保留b1的6-7位（後兩位），其他位爲0，而後向左移動4位，低位補0
                sb.append(base64EncodeChars[(b1 & 0x3) << 4]);
                // 添加兩個等號（Base64規則）
                sb.append("==");
                // 跳出循環
                break;
            }
            // 提取b2
            b2 = data[i++] & 0xff;
            if (i == len) { // len % 3 == 2
                // 保留b1的0-5位（前六位），其他位爲0
                sb.append(base64EncodeChars[b1 >>> 2]);
                // 保留b1的6-7位（後兩位），其他位爲0，而後向左移動4位，低位補0
                // 而後保留b2的0-3位（前四位），而後合併
                sb.append(base64EncodeChars[((b1 & 0x03) << 4)
                        | ((b2 & 0xf0) >>> 4)]);
                sb.append(base64EncodeChars[(b2 & 0x0f) << 2]);
                // 添加兩個等號（Base64規則）
                sb.append("=");
                // 跳出循環
                break;
            }
            // 提取b3
            b3 = data[i++] & 0xff;
            // 向右無符號移動2位，保留b1的0-5位（前六位）
            sb.append(base64EncodeChars[b1 >>> 2]);
            // 保留b1的6-7位（後兩位），其他位爲0，而後向左移動4位，低位補0
            // 而後保留b2的0-3位（前四位），而後合併
            sb.append(base64EncodeChars[((b1 & 0x03) << 4)
                    | ((b2 & 0xf0) >>> 4)]);
            // 保留b2的4-7位（後四位），而後向右移2位，低位補0，
            // 而後保留b3的0-1位（前兩位），而後合併
            sb.append(base64EncodeChars[((b2 & 0x0f) << 2)
                    | ((b3 & 0xc0) >>> 6)]);
            // 保留b3的2-7位（後六位）
            sb.append(base64EncodeChars[b3 & 0x3f]);
        }
        return sb.toString();
    }

    public static byte[] decode(String str) throws UnsupportedEncodingException {
        // 使用ISO8859-1搭配其餘編碼如UTF-8,GBK能夠顯示中文
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        // 獲取ASCII碼
        byte[] data = str.getBytes("US-ASCII");
        int len = data.length;
        int i = 0;
        int b1, b2, b3, b4;
        while (i < len) {
            do {
                b1 = base64DecodeChars[data[i++]];
            } while (i < len && b1 == -1);
            if (b1 == -1)
                break;
            do {
                b2 = base64DecodeChars[data[i++]];
            } while (i < len && b2 == -1);
            if (b2 == -1)
                break;
            // b1向左移2位，而後b2保留2-3位，再向右無符號移動4位，再合併
            sb.append((char) ((b1 << 2) | ((b2 & 0x30) >>> 4)));
            do {
                b3 = data[i++];
                if (b3 == 61) // 遇到了=號，結束，返回
                    return sb.toString().getBytes("ISO8859-1");
                b3 = base64DecodeChars[b3];
            } while (i < len && b3 == -1);
            if (b3 == -1)
                break;
            // 提取b2的4-7位（後四位），再向左移動4位，b3保留2-5位，再向右無符號移動2位
            sb.append((char) (((b2 & 0x0f) << 4) | ((b3 & 0x3c) >>> 2)));
            do {
                b4 = data[i++];
                if (b4 == 61) // 遇到了=號，結束，返回
                    return sb.toString().getBytes("ISO8859-1");
                b4 = base64DecodeChars[b4];
            } while (i < len && b4 == -1);
            if (b4 == -1)
                break;
            // 提取b3的6-7位（最後兩位），再向左移動6位，再取b4的2-7位（後六位），而後合併b4
            sb.append((char) (((b3 & 0x03) << 6) | (b4 & 0x3f)));
        }
        return sb.toString().getBytes("ISO8859-1");
    }

    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        String s = "張";
        System.out.println("編碼前：" + s);
        String x = encode(s.getBytes());
        System.out.println("編碼後：" + x);
        String x1 = new String(decode(x));
        System.out.println("解碼後：" + x1);
    }
}