base64編碼簡介及簡單實現

Base64編碼是一種將字節數據編碼爲字符串的編碼，字節數據會被編碼成由64個可打印ASCII字符組成的字符串,這64個字符包括大寫字母A-Z, 小寫字母a-z, 以及數字 0 -9再加上 + 和 / ，恰好64個字符。對應的字符表以下圖：

base64編碼的一個用途就是對http的頭信息進行編碼，因爲http頭信息使用ASCII編碼，若是包含特殊字符可能會致使頭信息解析異常，採用base64編碼保證頭信息只包含一些簡單字符，提升了安全性。前端在顯示圖片元素時也常常會遇到base64編碼的圖片資源。

那麼base64具體是如何進行編碼的呢？

編碼方式很簡單，就是對目標字節中的每六個bit位表示爲字母表中的某個字符，例如：

‘abc’對應的二進制字節爲： 01100001 , 01100010 , 01100011 ; 每六位進行分組獲得的結果以下：

011000， 010110， 001001， 100011，轉化爲10進制就是：24，22， 9， 35，根據上面的字母表獲得各個數字對應的字符爲：YWJj，因此abc最終會被編碼爲 ‘YWJj’。因爲三個字節最終被編碼成了四個字節的字符串，因此長度增長了1/3.

看着這裏你們可能會有一個問題，假設原數據的字節長度不是3的倍數，就會有剩餘的bit位不夠6個字符，這是就會涉及到填充的問題，填充就是在原數據後面加上額外的冗餘位，使數據的bit位長度恰好能被24（也就是3個字節）整除（6和8的最小公倍數）。具體的填充規則能夠簡單的表述爲： 任何徹底填充（不包含原始數據中的位） 的 6 位組都由特殊的第 65 個符號「=」 表示。 若是 6 位組是部分填充的， 就將填充位設置爲 0（http權威指南）。

舉個例子：假設在編碼的過程當中原數組有四個字節,這時就須要再填充2個字節。假設最後的兩個bit爲是10，填充後的數據的最後幾位以下：

10 xxxx， xxxxxx，xxxxxx (x表明填充位)

根據前面描述的填充規則：第一個6位組對應的數字爲 10 0000，後面兩個因爲時徹底填充的，被編碼爲==,最終的結果的後三位就變成了‘g==’。

在瀏覽器端，能夠調用全局的方法 atob 和 btoa 實現二進制字符與base64編碼的字符之間的互相轉化。下面給出一個base64編碼前端實現的簡單例子：

const table = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/';

// 參數爲待編碼的字符串

async function toBase64(str) {

const blob = new Blob([str], { type: 'text/plain' });

// 獲取字節長度，也可使用第三方庫提供的同步方法

// 這裏爲了演示簡單

const srcBuf = await blob.arrayBuffer();

// 獲取原數據的字節長度

const length = blob.size;

// 計算須要填充的位數

const padLen = length % 3 === 1

? 2

: length % 3 === 2 ? 1 : 0;

// 最終的長度

const size = length + padLen;

const arrBuf = new ArrayBuffer(size);

const srcArray = new Uint8Array(srcBuf);

const dstArray = new Uint8Array(arrBuf);

for (let i = 0; i < size; i++) {

if (i < length) {

dstArray[i] = srcArray[i];

} else {

dstArray[i] = 0x00;

}

}

let result = [];

// 每次處理3個字節

for (let i = 0; i < size; i += 3) {

// 取出三個字節

const a = dstArray[i];

const b = dstArray[i + 1];

const c = dstArray[i + 2];

// 最後一組

const isLast = i + 3 > length;

console.log(padLen)

result.push(a >> 2); // 第一個字節的前6位

result.push(((a & 0b00000011) << 4) | (b >> 4)); // 第一個字節的後兩位加上第二個字節的前四位

// 第二個字節的後四位加上的三個字節的前兩位

if (!isLast || padLen === 0) {

result.push(((b & 0b00001111) << 2) | (c >> 6));

result.push(c & 0b00111111); // 第三個字節的後六位

} else {

if (padLen === 2) {

result.push('=', '=');

} else if (padLen === 1) {

result.push(((b & 0b00001111) << 2) | (c >> 6), '=');

}

}

}

result = result.map(code => code === '=' ? '=' :        table[code]).join('');

return result;

}

base64轉二進制字節原理相似，有興趣的童鞋能夠自行嘗試！！
實際的運行效果以下圖：