Python 简易实现 base64 编码_python base64 编码

参考链接：

• base64 - 百度百科
• python中base64编码与解码
• 编码、进制转换、汉字转二进制
• Python将形如”\xe4…"的十六进制编码字符串恢复为中文

以下有关内容基于 Python 3：

Python 简易实现 base64 编码

目录

1. 什么是 base64 编码
2. 举例说明
3. 如何用 Python 实现
4. 具体代码
5. 代码运行展示
6. 更简单的代码
7. 心得总结

一、什么是 base64 编码 ↶

对于任意的二进制文件，可用 base64 编码。这种编码方法是先把二进制代码划分为一个个 24 位长的单元，然后把每一个 24 位单元划分为 4 个 6 位组。每一个 6 位组按以下方法转换为 ASCII 码。6 位的二进制码共有 64 种不同的值，从 0 到 63。用 A 表示 0，用 B 表示 1，等等。26 个大写字母排列完毕之后，接下去再排 26 个小写字母，在后面是 10 个数字。最后用 “+” 表示 62，用 “/” 表示 63。再用两个连在一起的等号 “==” 和 一个等号 “=” 分别表示最后一组的代码只有 8 位或 16 位。回车和换行都忽略，它们可在任何地方插入。 —— 摘自 《计算机网络（第7版）》
简单点说，就是每个字节变为 8 位二进制，拼在一起，其中每 6 位转变为一个 ASCII 码，不足位填充 0 直至满足 6 位的条件，继续转变为 ASCII 码。将这些二进制 ASCII 码变为十进制，接着查找 base64 编码表，所得的结果组成的字符串就是 base64 编码的结果，不足 4 的倍数，末尾添加 = 。通过 base64 编码，只需要用简单的 ascii 码，就能表示繁多的二进制文件中复杂的数据。

二、举例说明 ↶

1. 例-1：
2. 试将数据 11001100 10000001 00111000 进行 base64 编码，并得到最后传输的 ASCII 数据。
   先将 24 比特的二进制数字划分为 4 个 6 位组：
   110011 001000 000100 111000，得出十进制的值 51，8，4，56。因为 6 位组的值在 0 到 63 之间，因此每一个值可以唯一地与一个 ASCII 代码相对应。
   根据 base64 编码表，把上面的这些值转换为对应的 ASCII 代码：zIE4
   以上的过程可以由下图表示：
   
   再查找 ASCII 编码表，得出对应的二进制代码为：
   01111010 01001001 01000101 00110100
   

三、如何用 Python 实现 ↶

那么，该如何用 Python 实现这些步骤呢？
让我们一步一步解决问题【假设我们已经获得一个字符串】：

1. 想办法将字符串中所有的内容变为十进制
（1）ascii 码，可以直接通过内置函数完成：

>>>a = "A"
>>>b = ord(a)
>>>b
>65
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（2）非 ascii 码，通过编码：

>>>a = '哔哩哔哩弹幕网'
>>>b = a.encode('utf-8')
>>>b
>b'\xe5\x93\x94\xe5\x93\xa9\xe5\x93\x94\xe5\x93\xa9\xe5\xbc\xb9\xe5\xb9\x95\xe7\xbd\x91'
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可以得到一连串的 16 进制码，\x后面的两个字符，就是十六进制后的结果。
接下来，我们就要尝试把这些 16 进制的内容，变为十进制数字，用内置函数 list 直接转换为十进制列表：

>>>a = '哔哩哔哩弹幕网'
>>>b = a.encode('utf-8')
>>>list(b)
>[229, 147, 148, 229, 147, 169, 229, 147, 148, 229, 147, 169, 229, 188, 185, 229, 185, 149, 231, 189, 145]
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这就很方便了。

2. 将十进制数字转换为二进制

>>>b = 10
>>>str(bin(b))[2:]
>'1010'
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3. 经过我的研究，要将不足8位的二进制，填充为 8 位二进制

>>>a = '11000'
>>>a.zfill(8)
>'00001100'
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4. 拼接二进制字符串，并填充二进制字符串为 6 的倍数，用 0 填充
方法很多我就不多介绍了。
5. 划分二进制字符串，6 位为一个单元
6. 将 6 位二进制串，转换为十进制数字，并查找 base64 编码表

>>>a = '10'
>>>b = int(a, 2)
>>>b
>2
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查找 base64 编码表，可以通过创建一个键值对应的字典，来实现查找内容，如果不想手动行行输入的话，尝试用编程解决 base64 编码表生成的问题，比如：

string_temp =  ('ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'  
            	'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz' 
                '0123456789+/')
base64_dict = {}
for i in range(2**6):
	base64_dict[i] = string_temp[i]
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7. 查完表后，组成字符串，检查是否为 4 的倍数，不足填充 = ，直到满足 4 的倍数为止。
因为简单的 base64 编码或其他情况，会因为不足 4 的倍数，而填充 = ，因此我们这里也要实现填充 = 的功能

到此，base64 编码也就是实现完成，接下来用具体的代码，来完成上面的步骤。

四、具体代码 ↶

测试例子：哔哩哔哩 (゜-゜)つロ 干杯~-bilibili，ascii + 非 ascii：

class MyBase64():
    base64_dict = {}
    string_temp = ('ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'  
                            'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz' 
                            '0123456789+/')
    ascii_string = ''.join([chr(i) for i in range(4, 2**7-1)])
    def __init__(self, string):
        # 初始化，创建 base64 编码字典
        self.string = string
        for i in range(2**6):
            self.base64_dict[i] = self.string_temp[i]
                
    def convert(self):
        # base64 编码过程

        # 编码
        string_encode_byte = self.string.encode('utf-8')
        # 十进制化
        string_digit_list = list(string_encode_byte)

        # 二进制化 + 0 填充
        string_bin_list = []
        for item in string_digit_list:
            string_bin_list.append(str(bin(item))[2:].zfill(8))
            
        # 字符串合并
        string_sum = ''.join(string_bin_list)
        
        # 6 的倍数，不足 0 填充
        string_fill = self.fillIt(string_sum, factor=6, item='0')

        # 切片，6位一个单位
        string_bin_list2 = self.splitIt(string_fill, bits=6)
        
        # 十进制化
        string_digit_list2 = []
        for item in string_bin_list2:
            string_digit_list2.append(int(item, 2))

        # 查表
        string_base64_list = []
        for item in string_digit_list2:
            string_base64_list.append(self.base64_dict[item])

        # 拼接
        string_sum2 = ''.join(string_base64_list)
        # 4 的倍数，不足填充 = 
        string_convert = self.fillIt(string_sum2, factor=4, item='=')
        
        return string_convert


    def fillIt(self, string, factor, item):
        """
        指定倍数填充指定字符
        string：原字符串
        factor：倍数
        item：填充字符
        """
        length = len(string)
        remainder = length % factor
        if remainder:
            times = factor - remainder
            string = string + times * item
        return string

    def splitIt(self, string, bits):
        """
        指定位数切片
        string：原字符串
        bits：每次切片数量
        """
        length = len(string)
        new_list = []
        for i in range(bits, length+1, bits):
            new_list.append(string[i-bits:i])
            remain = length % bits
        if remain != 0:
            new_list.append(string[-remain:])
        return new_list


if __name__ == '__main__':
    test_string = '哔哩哔哩 (゜-゜)つロ 干杯~-bilibili'
    myBase64 = MyBase64(test_string)
    string = myBase64.convert()
    print("测试字符串：{}".format(test_string))
    print("base64：{}".format(string))

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五、代码运行展示 ↶

截图自：站长工具 > Base64加密解密

六、更简单的代码 ↶

其实 Python 自带了 base64 编码的库：

import base64

s = '哔哩哔哩 (゜-゜)つロ 干杯~-bilibili'.encode()
a = base64.b64encode(s)
print(a)

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base64 库，可以方便地将原字符串转变为 base64 编码后的结果。

七、心得总结 ↶

虽然有 base64 库，可以方便的编码，但是知道了 base64 编码到底是怎么回事之后，对它的掌握将更加的随心所欲。而且，Python 编码确实是个头疼的问题。在这次实现 base64 过程中，我们就能发现，能深入浅出的懂得如何使用 Python 的编码也是一件很重要的事情。

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Fin.