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Base64编码原理与实现

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    Base64编码的原理是按bit将每6个bit转换成Base64编码表中的相应字符。下面是Base64的编码表:

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

    在转换到最后一个字节时,可能出现如下两种情况:
    1.  最后只剩下2个bit。
    2.  最后只剩下4个bit。
    对于这两种情况,需要在后面补0,如下面的两个字节:
   
    11011001 11011101

    在转换上面的字节时,最后会剩下4个bit。也就是1101,这时需要在后面补0,也就是变成了110100。如果后面补一对0,转换结果后面加一个“=”,如果补两对0,加两个“=”,也就是总共的bit数除3的余数为1,则加一个“=”,余数为2,加两个“=”。上面的两个字节是16个bit,除3的余数是1,因此,需要补一个“=”,也就是将这两个字节分成如下三组:
   
    110110  011101  110100 

    其中110100后面两个0是补的,因此,查找上面的base64编码表可将这两个字节转换成如下的Base64编码:

    2d0=

    下面我们来实现这个算法。算法的基本原理如下:

    由于每次转换都需要6个bit,而这6个bit可能都来自一个字节,也可以来自前后相临的两个字节。定义两个变量:prevByteBitCount和nextByteBitCount,这两个变量分别表述从前一个和后一个节字取得的bit数。如果prevByteBitCount为0,表示6个bit全部来自下一个字节的高6位。如果nextByteBitCount = 0,表示6个bit全部来自前一个字节的低6位。最后通过适当的移位获得所需要的6个bit,再在上面的base64编码表中查找相应的字符。算法的实现代码如下:

    public static String encoder(byte[] bytes)
    {
        StringBuilder result 
= new StringBuilder();
        String base64 
= "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";
        
//  prevByteBitCount表示从前一个字节取得的bit数,nextByteBitCount表示从后一个字节取得的bit数
        int prevByteBitCount = 0, nextByteBitCount = 6;
        
//  i表示当前的数组索引,n表示已经处理的位数
        int i = 0, n = 0;
        
//  byteCount表示总的位数
        int byteCount = 8 * bytes.length;
        
byte b = 0;
        
while (true)
        {
            
//  处理从前后两个字节取得位数的情况
            if (prevByteBitCount > 0 && nextByteBitCount > 0)
            {
                
// 将前一个字节的低位向左移nextByteBitCount个bit,并使下一个字节的高位(nextByteBitCount指定的位数)右移到字节的最低位,
                
// 然后将两个位移结果进行逻辑或,也就是将从前一个字节和后一个字节取得的相应的bit合并为一个字节的低位
                b = (byte) (((0xff & bytes[i]) << nextByteBitCount) | ((0xff & bytes[i + 1]) >> (8 - nextByteBitCount)));
                
//  将逻辑或后的结果的最高两个bit置成0
                b = (byte) (b & 0x3f);
                prevByteBitCount 
= 8 - nextByteBitCount;
                nextByteBitCount 
= 6 - prevByteBitCount;
            }
            
//  处理从后一个字节取得高6位的情况
            else if (prevByteBitCount == 0)
            {
                
//  后一个字节的高6位右移动低6位
                b = (byte) ((0xff & bytes[i]) >> (8 - nextByteBitCount));
                
//  处理后面的位时,就是从前一个字节取2个bit,从后一个字字取4个bit
                prevByteBitCount = 2;
                nextByteBitCount 
= 4;

            }
            
//  处理从前一个字节取得低6位的情况
            else if (nextByteBitCount == 0)
            {
                
//  将前一个字节的最高两个bit置成0
                b = (byte) (0x3f & bytes[i]);
                
//  处理后面的位时,从后一个字节取6个bit
                prevByteBitCount = 0;
                nextByteBitCount 
= 6;

            }
            result.append(base64.charAt(b));
            n 
+= 6;
            i 
= n / 8;
            
int remainBitCount = byteCount - n;
            
if (remainBitCount < 6)
            {
                
//  将剩余的bit补0后,仍然需要在base64编码表中查找相应的字符,并添加到结果字符串的最后
                if (remainBitCount > 0)
                {
                    b 
= bytes[bytes.length - 1];
                    b 
= (byte) (0x3f & (b << (6 - remainBitCount)));
                    result.append(base64.charAt(b));
                }
                
break;
            }
        }
        
//  如果总bit数除3的余数为1,加一个“=”,为2,加两个“=”
        n = byteCount % 3;
        
for (i = 0; i < n; i++)
            result.append(
"=");

        
return result.toString();
    }
 
    最后可以使用下面的代码来验证encoder方法的正确性:

    String s = "中华人民共和国";
   
byte[] bytes = s.getBytes("UTF-8");
    System.out.println(encoder(bytes));
   
//  使用jdk提供的base64转换类对字节数组进行base64编码
    sun.misc.BASE64Encoder base64Encoder = new sun.misc.BASE64Encoder();
    System.out.println(base64Encoder.encode(bytes));

    上面的代码的执行结果如下:

5Lit5Y2O5Lq65rCR5YWx5ZKM5Zu9
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posted on 2009-05-29 19:20 银河使者 阅读(4606) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: javaalgorithm 原创


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