base64編碼的原理及實現

weixin_34015860發表於2016-08-19

base64編碼的原理及實現

我們的圖片大部分都是可以轉換成base64編碼的data：image。 這個在將canvas儲存為img的時候尤其有用。雖然除ie外，大部分現代瀏覽器都已經支援原生的基於base64的encode和decode，例如btoa和atob。（將canvas畫布儲存成img並強制改變mimetype進行下載，會在下一篇記錄）

但是處於好奇心，還是驅使我去了解下base64編碼的原理。以便也在不支援原生base64編碼的ie下可以得以實現。

【Base64】
-base64的編碼都是按字串長度，以每3個8bit的字元為一組，
-然後針對每組，首先獲取每個字元的ASCII編碼，
-然後將ASCII編碼轉換成8bit的二進位制，得到一組3*8=24bit的位元組
-然後再將這24bit劃分為4個6bit的位元組，並在每個6bit的位元組前面都填兩個高位0，得到4個8bit的位元組
-然後將這4個8bit的位元組轉換成10進位制，對照Base64編碼表 （下表），得到對應編碼後的字元。

（注：1. 要求被編碼字元是8bit的，所以須在ASCII編碼範圍內，\u0000-\u00ff，中文就不行。
　　　2. 如果被編碼字元長度不是3的倍數的時候，則都用0代替，對應的輸出字元為=）

 

Base64 編碼表
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 /

 

比如舉下面2個例子：
a) 字元長度為能被3整除時：比如“Tom” ：

T o m
ASCII: 84 111 109
8bit位元組: 01010100 01101111 01101101
6bit位元組: 010101 000110 111101 101101
十進位制: 21 6 61 45
對應編碼: V G 9 t

所以，btoa('Tom') = VG9t
b) 字串長度不能被3整除時，比如“Lucy”：

L u c y
ASCII: 76 117 99 121
8bit位元組: 01001100 01110101 01100011 01111001 00000000 00000000
6bit位元組: 010011 000111 010101 100011 011110 010000 000000 000000
十進位制: 19 7 21 35 30 16 (異常) (異常)
對應編碼: T H V j e Q = =

由於Lucy只有4個字母，所以按3個一組的話，第二組還有兩個空位，所以需要用0來補齊。這裡就需要注意，因為是需要補齊而出現的0，所以轉化成十進位制的時候就不能按常規用base64編碼表來對應，所以不是a， 可以理解成為一種特殊的“異常”，編碼應該對應“=”。

有了上面的理論，那我們實現一個base64編碼就容易了。

 

  1 /**
  2 * base64 encoding & decoding
  3 * for fixing browsers which don't support Base64 | btoa |atob
  4 */
  5 
  6 (function (win, undefined) {
  7 
  8 var Base64 = function () {
  9 var base64hash = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/';
 10 
 11 // btoa method
 12 function _btoa (s) {
 13 if (/([^\u0000-\u00ff])/.test(s)) {
 14 throw new Error('INVALID_CHARACTER_ERR');
 15 } 
 16 var i = 0,
 17 prev,
 18 ascii,
 19 mod,
 20 result = [];
 21 
 22 while (i < s.length) {
 23 ascii = s.charCodeAt(i);
 24 mod = i % 3;
 25 
 26 switch(mod) {
 27 // 第一個6位只需要讓8位二進位制右移兩位
 28 case 0:
 29 result.push(base64hash.charAt(ascii >> 2));
 30 break;
 31 //第二個6位 = 第一個8位的後兩位 + 第二個8位的前4位
 32 case 1:
 33 result.push(base64hash.charAt((prev & 3) << 4 | (ascii >> 4)));
 34 break;
 35 //第三個6位 = 第二個8位的後4位 + 第三個8位的前2位
 36 //第4個6位 = 第三個8位的後6位
 37 case 2:
 38 result.push(base64hash.charAt((prev & 0x0f) << 2 | (ascii >> 6)));
 39 result.push(base64hash.charAt(ascii & 0x3f));
 40 break;
 41 }
 42 
 43 prev = ascii;
 44 i ++;
 45 }
 46 
 47 // 迴圈結束後看mod, 為0 證明需補3個6位，第一個為最後一個8位的最後兩位後面補4個0。另外兩個6位對應的是異常的“=”；
 48 // mod為1，證明還需補兩個6位，一個是最後一個8位的後4位補兩個0，另一個對應異常的“=”
 49 if(mod == 0) {
 50 result.push(base64hash.charAt((prev & 3) << 4));
 51 result.push('==');
 52 } else if (mod == 1) {
 53 result.push(base64hash.charAt((prev & 0x0f) << 2));
 54 result.push('=');
 55 }
 56 
 57 return result.join('');
 58 }
 59 
 60 // atob method
 61 // 逆轉encode的思路即可
 62 function _atob (s) {
 63 s = s.replace(/\s|=/g, '');
 64 var cur,
 65 prev,
 66 mod,
 67 i = 0,
 68 result = [];
 69 
 70 while (i < s.length) {
 71 cur = base64hash.indexOf(s.charAt(i));
 72 mod = i % 4;
 73 
 74 switch (mod) {
 75 case 0:
 76 //TODO
 77 break;
 78 case 1:
 79 result.push(String.fromCharCode(prev << 2 | cur >> 4));
 80 break;
 81 case 2:
 82 result.push(String.fromCharCode((prev & 0x0f) << 4 | cur >> 2));
 83 break;
 84 case 3:
 85 result.push(String.fromCharCode((prev & 3) << 6 | cur));
 86 break;
 87 
 88 }
 89 
 90 prev = cur;
 91 i ++;
 92 }
 93 
 94 return result.join('');
 95 }
 96 
 97 return {
 98 btoa: _btoa,
 99 atob: _atob,
100 encode: _btoa,
101 decode: _atob
102 };
103 }();
104 
105 if (!win.Base64) { win.Base64 = Base64 }
106 if (!win.btoa) { win.btoa = Base64.btoa }
107 if (!win.atob) { win.atob = Base64.atob }
108 
109 })(window)

 

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