关于base64编码的原理及实现方法分享

一、Base64编码原理

步骤1：将所有字符转化为ASCII码；
步骤2：将ASCII码转化为8位二进制；
步骤3：将二进制3个归成一组(不足3个在后边补0)共24位，再拆分成4组，每组6位；
步骤4：统一在6位二进制前补两个0凑足8位；
步骤5：将补0后的二进制转为十进制；
步骤6：从Base64编码表获取十进制对应的Base64编码；

说明：不足3个补0的最终Base64编码为=，而不是A！

二、Base64编码示例

示例一：zyq对应Base64编码为enlx

示例二：mzwu对应Base64编码为bXp3dQ==

虽然除ie外，大部分现代浏览器都已经支持原生的基于base64的encode和decode，例如btoa和atob。（将canvas画布保存成img并强制改变mimetype进行下载，会在下一篇记录）

但是处于好奇心，还是驱使我去了解下base64编码的原理。以便也在不支持原生base64编码的ie下可以得以实现。

【Base64】
-base64的编码都是按字符串长度，以每3个8bit的字符为一组，
-然后针对每组，首先获取每个字符的ASCII编码，
-然后将ASCII编码转换成8bit的二进制，得到一组3*8=24bit的字节
-然后再将这24bit划分为4个6bit的字节，并在每个6bit的字节前面都填两个高位0，得到4个8bit的字节
-然后将这4个8bit的字节转换成10进制，对照Base64编码表 （下表），得到对应编码后的字符。

（注：1. 要求被编码字符是8bit的，所以须在ASCII编码范围内，u0000-u00ff，中文就不行。
2. 如果被编码字符长度不是3的倍数的时候，则都用0代替，对应的输出字符为=）

Base64 编码表 Value Char Value Char Value Char Value Char 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 /

比如举下面2个例子：
a) 字符长度为能被3整除时：比如“Tom” ：
复制代码 代码如下:
T o m
ASCII: 84 111 109
bit字节: 01010100 01101111 01101101
bit字节: 010101 000110 111101 101101
十进制: 21 6 61 45
对应编码: V G 9 t

所以，btoa('Tom') = VG9t
b) 字符串长度不能被3整除时，比如“Lucy”：
复制代码 代码如下:
L u c y
ASCII: 76 117 99 121
bit字节: 01001100 01110101 01100011 01111001 00000000 00000000
bit字节: 010011 000111 010101 100011 011110 010000 000000 000000
十进制: 19 7 21 35 30 16 (异常) (异常)
对应编码: T H V j e Q = =

由于Lucy只有4个字母，所以按3个一组的话，第二组还有两个空位，所以需要用0来补齐。这里就需要注意，因为是需要补齐而出现的0，所以转化成十进制的时候就不能按常规用base64编码表来对应，所以不是a， 可以理解成为一种特殊的“异常”，编码应该对应“=”。
有了上面的理论，那我们实现一个base64编码就容易了。
复制代码 代码如下:
/**
* base64 encoding & decoding
* for fixing browsers which don't support Base64 | btoa |atob
*/
(function (win, undefined) {
var Base64 = function () {
var base64hash = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/';
// btoa method
function _btoa (s) {
if (/([^u0000-u00ff])/.test(s)) {
throw new Error('INVALID_CHARACTER_ERR');
}
var i = 0,
prev,
ascii,
mod,
result = [];
while (i < s.length) {
ascii = s.charCodeAt(i);
mod = i % 3;
switch(mod) {
// 第一个6位只需要让8位二进制右移两位
case 0:
result.push(base64hash.charAt(ascii >> 2));
break;
//第二个6位 = 第一个8位的后两位 + 第二个8位的前4位
case 1:
result.push(base64hash.charAt((prev & 3) << 4 | (ascii >> 4)));
break;
//第三个6位 = 第二个8位的后4位 + 第三个8位的前2位
//第4个6位 = 第三个8位的后6位
case 2:
result.push(base64hash.charAt((prev & 0x0f) << 2 | (ascii >> 6)));
result.push(base64hash.charAt(ascii & 0x3f));
break;
}
prev = ascii;
i ++;
}
// 循环结束后看mod, 为0 证明需补3个6位，第一个为最后一个8位的最后两位后面补4个0。另外两个6位对应的是异常的“=”；
// mod为1，证明还需补两个6位，一个是最后一个8位的后4位补两个0，另一个对应异常的“=”
if(mod == 0) {
result.push(base64hash.charAt((prev & 3) << 4));
result.push('==');
} else if (mod == 1) {
result.push(base64hash.charAt((prev & 0x0f) << 2));
result.push('=');
}
return result.join('');
}
// atob method
// 逆转encode的思路即可
function _atob (s) {
s = s.replace(/s|=/g, '');
var cur,
prev,
mod,
i = 0,
result = [];
while (i < s.length) {
cur = base64hash.indexOf(s.charAt(i));
mod = i % 4;
switch (mod) {
case 0:
//TODO
break;
case 1:
result.push(String.fromCharCode(prev << 2 | cur >> 4));
break;
case 2:
result.push(String.fromCharCode((prev & 0x0f) << 4 | cur >> 2));
break;
case 3:
result.push(String.fromCharCode((prev & 3) << 6 | cur));
break;
}
prev = cur;
i ++;
}
return result.join('');
}
return {
btoa: _btoa,
atob: _atob,
encode: _btoa,
decode: _atob
};
}();
if (!win.Base64) { win.Base64 = Base64 }
if (!win.btoa) { win.btoa = Base64.btoa }
if (!win.atob) { win.atob = Base64.atob }
})(window)

Base64 example