什麼是Base64?

什麼是Base64?

規範文檔詳見： RFC 2045

先來看一個網上的題目：
在網絡傳輸數據時，常常須要將二進制數據轉換爲一個可打印字符串。通常用到的可打印字符集合包含64個字符，所以又稱爲Base64表示法。現有一個char數組長度爲12，要將它表示爲Base64字符串，請問Base64字符串最少須要____個char；若是char數組長度爲20，則須要____個char。

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• 什麼是Base64？
• 爲何要有Base64？
• 什麼是可打印字符？
• 什麼是ASCII字符？

咱們把問題從後往前看，先來看看什麼是ASCII碼。

1、ASCII

如下內容摘自百度百科

ASCII ((American Standard Code for Information Interchange): 美國信息交換標準代碼）是基於 拉丁字母的一套電腦 編碼系統，主要用於顯示現代 英語和其餘 西歐語言。它是最通用的信息交換標準，並等同於 國際標準ISO/IEC 646。

它是一個標準，一個規定了計算系統中經常使用的一些字符的二進制值的標準。ASCII碼錶一共有128位，其對應的ASCII碼錶見後文。

• 0～31及127(共33個)是控制字符或通訊專用字符（其他爲可顯示字符），如控制符：LF（換行）、CR（回車）、FF（換頁）、DEL（刪除）、BS（退格)、BEL（響鈴）等；通訊專用字符：SOH（文頭）、EOT（文尾）、ACK（確認）等；ASCII值爲八、九、10 和13 分別轉換爲退格、製表、換行和回車字符。它們並無特定的圖形顯示，但會依不一樣的應用程序，而對文本顯示有不一樣的影響[1] 。
• 32～126(共95個)是字符(32是空格），其中48～57爲0到9十個阿拉伯數字。
• 65～90爲26個大寫英文字母，97～122號爲26個小寫英文字母，其他爲一些標點符號、運算符號等。

因此，ASCII碼錶中32~126一共95個字符都是可打印的字符。也就是在網絡中能夠傳輸的字符。這就解決了什麼是可打印字符的問題。

2、爲何要有Base64

熟悉web開發的人員大底都知道，HTTP報文是由一行一行的簡單字符串組成的。HTTP報文都是純文本，不是二進制代碼。因此你也可能看到過關於說爲何HTTP協議傳輸不使用二進制，而使用文本進行傳輸的抱怨。

另外，咱們經過HTTP傳輸數據，在HTTP1.1版本中是能夠傳遞二進制數據的。那在HTTP0.9或者是隻支持ASCII文本傳輸的協議中（SMTP/POP3），咱們如何傳輸二進制流的數據呢？這就須要用到相應的轉碼方式來對二進制數據進行轉碼並傳輸。其中Base64就是一種。

3、什麼是Base64

Base64是網絡上最多見的用於傳輸8Bit 字節碼的編碼方式之一，Base64就是一種基於64個可打印字符來表示 二進制數據的方法。可查看RFC2045～RFC2049，上面有MIME的詳細規範。
Base64編碼是從二進制到字符的過程，可用於在 HTTP環境下傳遞較長的標識信息

參見Base64對照表，咱們須要使用基本的64個字符來表示二進制數據，每一個字符都有對應的索引，最大的索引值爲63。63的二進制表示值爲：00111111，能夠用6個bit就能表示。因此若是咱們使用這些字符的索引值的二進制來推導出通常的8bit二進制碼，便可用來表示想要編碼的值了。

轉換規則：

1. 把每3個8bit字節變成4個6bit字節。（想一想爲何是3個8bit）
2. 每76個字符加一個換行符。
3. 最後的結束符也要處理。
4. 不足3個8bit的數，使用0補位，並用"="來代替

這麼說可能比較空泛，拿我名稱的首字母縮寫lsy作示例：

• lsy的ASCII碼二進制表示：01101100 01110011 01111001
• 把3個8bit的字節變成4個6bit: 011011 000111 001101 111001
• 把6bit進行補0：00011011 00000111 00001101 00111001
• 獲得Base64碼的索引值：27 7 13 57
• 獲得Base64碼：bHN5

若是要編碼的值是一個十進制的1呢：

• 1的ASCII碼二進制表示：00110001
• 把3個8bit的字節變成4個6bit，不足3個的補0: 001100 010000 000000 000000
• 把6bit進行補0：00001100 00010000 00000000 00000000
• 獲得Base64碼的索引值：12 16
• 獲得Base64碼：MQ== （其中後兩位爲0，用=補上）

咱們能夠拿到這個結果值，到相應的Base64轉碼工具中查看，不出意外應該是同樣的。

那回到一開始的那個題目。你會計算了嗎？
其中char類型佔1字節，就是8位，所能存儲的正整數是 0111 1111，即127

答案見文後

ASCII碼對照表

Bin(二進制)	Oct(八進制)	Dec(十進制)	Hex(十六進制)	縮寫/字符	解釋
0000 0000	00	0	0x00	NUL(null)	空字符
0000 0001	01	1	0x01	SOH(start of headline)	標題開始
0000 0010	02	2	0x02	STX (start of text)	正文開始
0000 0011	03	3	0x03	ETX (end of text)	正文結束
0000 0100	04	4	0x04	EOT (end of transmission)	傳輸結束
0000 0101	05	5	0x05	ENQ (enquiry)	請求
0000 0110	06	6	0x06	ACK (acknowledge)	收到通知
0000 0111	07	7	0x07	BEL (bell)	響鈴
0000 1000	010	8	0x08	BS (backspace)	退格
0000 1001	011	9	0x09	HT (horizontal tab)	水平製表符
0000 1010	012	10	0x0A	LF (NL line feed, new line)	換行鍵
0000 1011	013	11	0x0B	VT (vertical tab)	垂直製表符
0000 1100	014	12	0x0C	FF (NP form feed, new page)	換頁鍵
0000 1101	015	13	0x0D	CR (carriage return)	回車鍵
0000 1110	016	14	0x0E	SO (shift out)	不用切換
0000 1111	017	15	0x0F	SI (shift in)	啓用切換
0001 0000	020	16	0x10	DLE (data link escape)	數據鏈路轉義
0001 0001	021	17	0x11	DC1 (device control 1)	設備控制1
0001 0010	022	18	0x12	DC2 (device control 2)	設備控制2
0001 0011	023	19	0x13	DC3 (device control 3)	設備控制3
0001 0100	024	20	0x14	DC4 (device control 4)	設備控制4
0001 0101	025	21	0x15	NAK (negative acknowledge)	拒絕接收
0001 0110	026	22	0x16	SYN (synchronous idle)	同步空閒
0001 0111	027	23	0x17	ETB (end of trans. block)	結束傳輸塊
0001 1000	030	24	0x18	CAN (cancel)	取消
0001 1001	031	25	0x19	EM (end of medium)	媒介結束
0001 1010	032	26	0x1A	SUB (substitute)	代替
0001 1011	033	27	0x1B	ESC (escape)	換碼(溢出)
0001 1100	034	28	0x1C	FS (file separator)	文件分隔符
0001 1101	035	29	0x1D	GS (group separator)	分組符
0001 1110	036	30	0x1E	RS (record separator)	記錄分隔符
0001 1111	037	31	0x1F	US (unit separator)	單元分隔符
0010 0000	040	32	0x20	(space)	空格
0010 0001	041	33	0x21	!	歎號
0010 0010	042	34	0x22	"	雙引號
0010 0011	043	35	0x23	#	井號
0010 0100	044	36	0x24	$	美圓符
0010 0101	045	37	0x25	%	百分號
0010 0110	046	38	0x26	&	和號
0010 0111	047	39	0x27	'	閉單引號
0010 1000	050	40	0x28	(	開括號
0010 1001	051	41	0x29	)	閉括號
0010 1010	052	42	0x2A	*	星號
0010 1011	053	43	0x2B	+	加號
0010 1100	054	44	0x2C	,	逗號
0010 1101	055	45	0x2D	-	減號/破折號
0010 1110	056	46	0x2E	.	句號
0010 1111	057	47	0x2F	/	斜槓
0011 0000	060	48	0x30	0	字符0
0011 0001	061	49	0x31	1	字符1
0011 0010	062	50	0x32	2	字符2
0011 0011	063	51	0x33	3	字符3
0011 0100	064	52	0x34	4	字符4
0011 0101	065	53	0x35	5	字符5
0011 0110	066	54	0x36	6	字符6
0011 0111	067	55	0x37	7	字符7
0011 1000	070	56	0x38	8	字符8
0011 1001	071	57	0x39	9	字符9
0011 1010	072	58	0x3A	:	冒號
0011 1011	073	59	0x3B	;	分號
0011 1100	074	60	0x3C	<	小於
0011 1101	075	61	0x3D	=	等號
0011 1110	076	62	0x3E	>	大於
0011 1111	077	63	0x3F	?	問號
0100 0000	0100	64	0x40	@	電子郵件符號
0100 0001	0101	65	0x41	A	大寫字母A
0100 0010	0102	66	0x42	B	大寫字母B
0100 0011	0103	67	0x43	C	大寫字母C
0100 0100	0104	68	0x44	D	大寫字母D
0100 0101	0105	69	0x45	E	大寫字母E
0100 0110	0106	70	0x46	F	大寫字母F
0100 0111	0107	71	0x47	G	大寫字母G
0100 1000	0110	72	0x48	H	大寫字母H
0100 1001	0111	73	0x49	I	大寫字母I
0100 1010	0112	74	0x4A	J	大寫字母J
0100 1011	0113	75	0x4B	K	大寫字母K
0100 1100	0114	76	0x4C	L	大寫字母L
0100 1101	0115	77	0x4D	M	大寫字母M
0100 1110	0116	78	0x4E	N	大寫字母N
0100 1111	0117	79	0x4F	O	大寫字母O
0101 0000	0120	80	0x50	P	大寫字母P
0101 0001	0121	81	0x51	Q	大寫字母Q
0101 0010	0122	82	0x52	R	大寫字母R
0101 0011	0123	83	0x53	S	大寫字母S
0101 0100	0124	84	0x54	T	大寫字母T
0101 0101	0125	85	0x55	U	大寫字母U
0101 0110	0126	86	0x56	V	大寫字母V
0101 0111	0127	87	0x57	W	大寫字母W
0101 1000	0130	88	0x58	X	大寫字母X
0101 1001	0131	89	0x59	Y	大寫字母Y
0101 1010	0132	90	0x5A	Z	大寫字母Z
0101 1011	0133	91	0x5B	[	開方括號
0101 1100	0134	92	0x5C	\	反斜槓
0101 1101	0135	93	0x5D	]	閉方括號
0101 1110	0136	94	0x5E	^	脫字符
0101 1111	0137	95	0x5F	_	下劃線
0110 0000	0140	96	0x60	`	開單引號
0110 0001	0141	97	0x61	a	小寫字母a
0110 0010	0142	98	0x62	b	小寫字母b
0110 0011	0143	99	0x63	c	小寫字母c
0110 0100	0144	100	0x64	d	小寫字母d
0110 0101	0145	101	0x65	e	小寫字母e
0110 0110	0146	102	0x66	f	小寫字母f
0110 0111	0147	103	0x67	g	小寫字母g
0110 1000	0150	104	0x68	h	小寫字母h
0110 1001	0151	105	0x69	i	小寫字母i
0110 1010	0152	106	0x6A	j	小寫字母j
0110 1011	0153	107	0x6B	k	小寫字母k
0110 1100	0154	108	0x6C	l	小寫字母l
0110 1101	0155	109	0x6D	m	小寫字母m
0110 1110	0156	110	0x6E	n	小寫字母n
0110 1111	0157	111	0x6F	o	小寫字母o
0111 0000	0160	112	0x70	p	小寫字母p
0111 0001	0161	113	0x71	q	小寫字母q
0111 0010	0162	114	0x72	r	小寫字母r
0111 0011	0163	115	0x73	s	小寫字母s
0111 0100	0164	116	0x74	t	小寫字母t
0111 0101	0165	117	0x75	u	小寫字母u
0111 0110	0166	118	0x76	v	小寫字母v
0111 0111	0167	119	0x77	w	小寫字母w
0111 1000	0170	120	0x78	x	小寫字母x
0111 1001	0171	121	0x79	y	小寫字母y
0111 1010	0172	122	0x7A	z	小寫字母z
0111 1011	0173	123	0x7B	{	開花括號
0111 1100	0174	124	0x7C	&vert;	垂線
0111 1101	0175	125	0x7D	}	閉花括號
0111 1110	0176	126	0x7E	~	波浪號
0111 1111	0177	127	0x7F	DEL (delete)	刪除

Base64 字母對照表 （The Base64 Alphabet）

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

題目答案

因爲一個char字符就佔一個byte，也就是8bit。因此原始字符二進制碼長度爲：12 * 8 = 96；由於原長度正好是3的倍數。轉換爲6bit的二進制長度： 96 / 6 = 16；若是長度爲20：20 * 8 / 6 除不盡，原長度不是3的倍數。因此要把原廠度補爲3的倍數。也就是21 * 8 / 6 = 28；