算法系列（十一）BASE64算法实现和使用说明

完整的BASE64定义可见RFC 1421和RFC
2045。编码后的数据比原始数据略长，为原来的4/3。在电子邮件中，根据RFC 822规定，每76个字符，还需要加上一个回车换行。可以估算编码后数据长度大约为原长的135.1%。
转换的时候，将三个byte的数据，先后放入一个24bit的缓冲区中，先来的byte占高位。数据不足3byte的话，于缓冲器中剩下的bit用0补足。然后，每次取出6（因为26=64）个bit，按照其值选择

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/

中的字符作为编码后的输出。不断进行，直到全部输入数据转换完成。

当原数据长度不是3的整数倍时, 如果最后剩下一个输入数据，在编码结果后加2个“=”；如果最后剩下两个输入数据，编码结果后加1个“=”；如果没有剩下任何数据，就什么都不要加，这样才可以保证数据还原的正确性。

例子

举例来说，一段引用自托马斯·霍布斯《利维坦》的文句：

Man is distinguished, not only by his reason, but by this singular passion from other animals, which is a lust of the mind, that by a perseverance of delight in the continued and indefatigable generation of knowledge, exceeds the short vehemence of any carnal pleasure.

经过Base64编码之后变成：

TWFuIGlzIGRpc3Rpbmd1aXNoZWQsIG5vdCBvbmx5IGJ5IGhpcyByZWFzb24sIGJ1dCBieSB0aGlz
IHNpbmd1bGFyIHBhc3Npb24gZnJvbSBvdGhlciBhbmltYWxzLCB3aGljaCBpcyBhIGx1c3Qgb2Yg
dGhlIG1pbmQsIHRoYXQgYnkgYSBwZXJzZXZlcmFuY2Ugb2YgZGVsaWdodCBpbiB0aGUgY29udGlu
dWVkIGFuZCBpbmRlZmF0aWdhYmxlIGdlbmVyYXRpb24gb2Yga25vd2xlZGdlLCBleGNlZWRzIHRo
ZSBzaG9ydCB2ZWhlbWVuY2Ugb2YgYW55IGNhcm5hbCBwbGVhc3VyZS4=

编码“Man”

文本	M	a	n
ASCII编码	77	97	110
二进制位	0	1	0	0	1	1	0	1	0	1	1	0	0	0	0	1	0	1	1	0	1	1	1	0
索引	19	22	5	46
Base64编码	T	W	F	u

在此例中，Base64算法将三个字符编码为4个字符

Base64索引表：

数值	字符		数值	字符		数值	字符		数值	字符
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	/

如果要编码的字节数不能被3整除，最后会多出1个或2个字节，那么可以使用下面的方法进行处理：先使用0字节值在末尾补足，使其能够被3整除，然后再进行Base64的编码。在编码后的Base64文本后加上一个或两个'='号，代表补足的字节数。也就是说，当最后剩余一个八位字节（一个byte）时，最后一个6位的Base64字节块有四位是0值，最后附加上两个等号；如果最后剩余两个八位字节（2个byte）时，最后一个6位的base字节块有两位是0值，最后附加一个等号。 参考下表：

文本（1 Byte）	A
二进制位	0	1	0	0	0	0	0	1
二进制位（补0）	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
Base64编码	Q	Q
文本（2 Byte）	B	C
二进制位	0	1	0	0	0	0	1	0	0	1	0	0	0	0	1	1			x	x	x	x	x	x
二进制位（补0）	0	1	0	0	0	0	1	0	0	1	0	0	0	0	1	1	0	0	x	x	x	x	x	x
Base64编码	Q	k	M

public class Base64
{
/**
* 将原始数据编码为base64编码
*/
static public char[] encode(byte[] data)
{
char[] out = new char[((data.length + 2) / 3) * 4];

for (int i = 0, index = 0; i < data.length; i += 3, index += 4)
{
boolean quad = false;
boolean trip = false;
int val = (0xFF & (int) data[i]);
val <<= 8;
if ((i + 1) < data.length)
{
val |= (0xFF & (int) data[i + 1]);
trip = true;
}
val <<= 8;
if ((i + 2) < data.length)
{
val |= (0xFF & (int) data[i + 2]);
quad = true;
}
out[index + 3] = alphabet[(quad ? (val & 0x3F) : 64)];
val >>= 6;
out[index + 2] = alphabet[(trip ? (val & 0x3F) : 64)];
val >>= 6;
out[index + 1] = alphabet[val & 0x3F];
val >>= 6;
out[index + 0] = alphabet[val & 0x3F];
}
return out;
}
/**
* 将base64编码的数据解码成原始数据
*/
static public byte[] decode(char[] data)
{
int len = ((data.length + 3) / 4) * 3;
if(data.length > 0 && data[data.length - 1] == '=')
--len;
if(data.length > 1 && data[data.length - 2] == '=')
--len;
byte[] out = new byte[len];
int shift = 0;
int accum = 0;
int index = 0;
for(int ix = 0; ix < data.length; ix++)
{
int value = codes[data[ix] & 0xFF];
if(value >= 0)
{
accum <<= 6;
shift += 6;
accum |= value;
if(shift >= 8)
{
shift -= 8;
out[index++] = (byte)((accum >> shift) & 0xff);
}
}
}
if(index != out.length)
throw new Error("miscalculated data length!");
return out;
}

static private char[] alphabet = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/=".toCharArray();

static private byte[] codes = new byte[256];
static {
for (int i = 0; i < 256; i++)
codes[i] = -1;
for (int i = 'A'; i <= 'Z'; i++)
codes[i] = (byte) (i - 'A');
for (int i = 'a'; i <= 'z'; i++)
codes[i] = (byte) (26 + i - 'a');
for (int i = '0'; i <= '9'; i++)
codes[i] = (byte) (52 + i - '0');
codes['+'] = 62;
codes['/'] = 63;
}

public static void main(String[] args) throws Exception
{
//加密成base64
String strSrc = "林";
String strOut = new String(Base64.encode(strSrc.getBytes()));
System.out.println(strOut);

String strOut2 = new String(Base64.decode(strOut.toCharArray()));
System.out.println(strOut2);
}
}

代码实现可以看github，地址https://github.com/robertjc/simplealgorithm

github代码也在不断完善中，有些地方可能有问题，还请多指教

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