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C语言实现Base64编解码（加密和解密）_c base64
作者：小舞很执着 | 2024-07-22 06:30:48
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c base64
一、前言
Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节码的编码方式之一，Base64就是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的方法。可查看RFC2045～RFC2049，上面有MIME的详细规范。
Base64要求把每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节（3 * 8 = 4 * 6 = 24），然后把6Bit再添加两位高位0，组成四个8Bit的字节，也就是说，转换后的字符串理论上将要比原来的长1/3。
Base64的编码转换表。
下面简单介绍一下编码的原理：
转换前：
字符串 - hello
二进制 - 01101000，01100101，01101100，01101100，01101111
转换后：
二进制 - 00011010，00000110，00010101，00101100，00011011，00000110，00111100
对应码表中的值 - a，G，V，s，b，G，8
编码后的字符串 - aGVsbG8=
注意：
8Bit字节转换为6Bit字节，如果剩余的不足6Bit，则在低位补0，直到满足6Bit，最后才在高位补两个0。
Base64编码都是以3个字节作为基本单位进行转换，编码转换后的数据都是4的倍数，如果源数据大小不是3的倍数，则会在编码转换后的数据末尾增加一个或两个“=”（最多两个），保证编码输出的数据大小为4的倍数。
二、代码实现
头文件 base64.h
/********************************************************************** * * File name : base64.h * Function : base64 encoding and decoding of data or file. * Created time : 2020-08-04 * *********************************************************************/ #ifndef BASE64_H #define BASE64_H //base64编码 int base64_encode(const char *indata, int inlen, char *outdata, int *outlen); //base64解码 int base64_decode(const char *indata, int inlen, char *outdata, int *outlen); //base64编码文件 int base64_encode_file(const char *src, const char *dst); //base64解码文件 int base64_decode_file(const char *src, const char *dst); #endif // BASE64_H
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源文件 base64.c
/********************************************************************** * * File name : base64.cpp / base64.c * Function : base64 encoding and decoding of data or file. * Created time : 2020-08-04 * *********************************************************************/ #include <stdio.h> #include <string.h> //base64 编码转换表，共64个 static const char base64_encode_table[] = { 'A','B','C','D','E','F','G','H','I','J', 'K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T', 'U','V','W','X','Y','Z','a','b','c','d', 'e','f','g','h','i','j','k','l','m','n', 'o','p','q','r','s','t','u','v','w','x', 'y','z','0','1','2','3','4','5','6','7', '8','9','+','/' }; //base64 解码表 static const unsigned char base64_decode_table[] = { //每行16个 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, //1 - 16 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, //17 - 32 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,62,0,0,0,63, //33 - 48 52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,0,0,0,0,0,0, //49 - 64 0,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, //65 - 80 15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,0,0,0,0,0, //81 - 96 0,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40, //97 - 112 41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,0,0,0,0,0 //113 - 128 }; /** * @brief base64_encode base64编码 * @param indata 需编码的数据 * @param inlen 需编码的数据大小 * @param outdata 编码后输出的数据 * @param outlen 编码后输出的数据大小 * @return int 0：成功 -1：无效参数 */ int base64_encode(const char *indata, int inlen, char *outdata, int *outlen) { if(indata == NULL || inlen <= 0) { return -1; } /* //方法一： int i, j; char ch; int add_len = (inlen % 3 == 0 ? 0 : 3 - inlen % 3); //原字符串需补齐的字符个数 int in_len = inlen + add_len; //源字符串补齐字符后的长度，为3的倍数 if(outdata != NULL) { //编码，长度为调整之后的长度，3字节一组 for(i=0, j=0; i<in_len; i+=3, j+=4) { //将indata第一个字符向右移动2bit（丢弃2bit） ch = base64_encode_table[(unsigned char)indata[i] >> 2]; //对应base64转换表的字符 outdata[j] = ch; //赋值 //处理最后一组（最后3个字节）的数据 if(i == in_len - 3 && add_len != 0) { if(add_len == 1) { outdata[j + 1] = base64_encode_table[(((unsigned char)indata[i] & 0x03) << 4) | ((unsigned char)indata[i + 1] >> 4)]; outdata[j + 2] = base64_encode_table[((unsigned char)indata[i + 1] & 0x0f) << 2]; outdata[j + 3] = '='; } else if(add_len == 2) { outdata[j + 1] = base64_encode_table[((unsigned char)indata[i] & 0x03) << 4]; outdata[j + 2] = '='; outdata[j + 3] = '='; } } //处理正常的3字节数据 else { outdata[j + 1] = base64_encode_table[(((unsigned char)indata[i] & 0x03) << 4) | ((unsigned char)indata[i + 1] >> 4)]; outdata[j + 2] = base64_encode_table[(((unsigned char)indata[i + 1] & 0x0f) << 2) | ((unsigned char)indata[i + 2] >> 6)]; outdata[j + 3] = base64_encode_table[(unsigned char)indata[i + 2] & 0x3f]; } } } if(outlen != NULL) { *outlen = in_len * 4 / 3; //编码后的长度 } */ //方法二： int i, j; unsigned char num = inlen % 3; if(outdata != NULL) { //编码，3个字节一组，若数据总长度不是3的倍数，则跳过最后的 num 个字节数据 for(i=0, j=0; i<inlen - num; i+=3, j+=4) { outdata[j] = base64_encode_table[(unsigned char)indata[i] >> 2]; outdata[j + 1] = base64_encode_table[(((unsigned char)indata[i] & 0x03) << 4) | ((unsigned char)indata[i + 1] >> 4)]; outdata[j + 2] = base64_encode_table[(((unsigned char)indata[i + 1] & 0x0f) << 2) | ((unsigned char)indata[i + 2] >> 6)]; outdata[j + 3] = base64_encode_table[(unsigned char)indata[i + 2] & 0x3f]; } //继续处理最后的 num 个字节的数据 if(num == 1) { //余数为1，需补齐两个字节'=' outdata[j] = base64_encode_table[(unsigned char)indata[inlen - 1] >> 2]; outdata[j + 1] = base64_encode_table[((unsigned char)indata[inlen - 1] & 0x03) << 4]; outdata[j + 2] = '='; outdata[j + 3] = '='; } else if(num == 2) { //余数为2，需补齐一个字节'=' outdata[j] = base64_encode_table[(unsigned char)indata[inlen - 2] >> 2]; outdata[j + 1] = base64_encode_table[(((unsigned char)indata[inlen - 2] & 0x03) << 4) | ((unsigned char)indata[inlen - 1] >> 4)]; outdata[j + 2] = base64_encode_table[((unsigned char)indata[inlen - 1] & 0x0f) << 2]; outdata[j + 3] = '='; } } if(outlen != NULL) { *outlen = (inlen + (num == 0 ? 0 : 3 - num)) * 4 / 3; //编码后的长度 } return 0; } /** * @brief base64_decode base64解码 * @param indata 需解码的数据 * @param inlen 需解码的数据大小 * @param outdata 解码后输出的数据 * @param outlen 解码后输出的数据大小 * @return int 0：成功 -1：无效参数 * 注意：解码的数据的大小必须大于4，且是4的倍数 */ int base64_decode(const char *indata, int inlen, char *outdata, int *outlen) { if(indata == NULL || inlen <= 0 || (outdata == NULL && outlen == NULL)) { return -1; } if(inlen < 4 ||inlen % 4 != 0) { //需要解码的数据长度不是4的倍数 //inlen < 4 || return -1; } int i, j; //计算解码后的字符串长度 int len = inlen / 4 * 3; if(indata[inlen - 1] == '=') { len--; } if(indata[inlen - 2] == '=') { len--; } if(outdata != NULL) { for(i=0, j=0; i<inlen; i+=4, j+=3) { outdata[j] = (base64_decode_table[(unsigned char)indata[i]] << 2) | (base64_decode_table[(unsigned char)indata[i + 1]] >> 4); outdata[j + 1] = (base64_decode_table[(unsigned char)indata[i + 1]] << 4) | (base64_decode_table[(unsigned char)indata[i + 2]] >> 2); outdata[j + 2] = (base64_decode_table[(unsigned char)indata[i + 2]] << 6) | (base64_decode_table[(unsigned char)indata[i + 3]]); } } if(outlen != NULL) { *outlen = len; } return 0; } /** * @brief base64_encode_file base64编码文件 * @param src 需编码的文件路径 * @param dst 编码后输出的文件路径 * @return int 0：成功 -1：无效参数 -2：文件操作失败 */ int base64_encode_file(const char *src, const char *dst) { if(src == NULL || dst == NULL) { return -1; } FILE *src_fp, *dst_fp; char rdata[128*3+3]; //存放读取到的文件数据，+3表示预留3个字节空间存放余下来的数据 size_t rmemb; //读文件数据返回值，读取到的块数 size_t nmemb = sizeof(rdata) - 3; //每次读取文件数据的块数，最好是3的倍数 char encode_data[(nmemb+(nmemb%3==0?0:3-nmemb%3))*4/3+1]; //存放编码后的数据 int encode_datalen; //编码后的数据大小 unsigned char num = 0, lastnum = 0; src_fp = fopen(src, "rb"); if(NULL == src_fp) { perror("open src file failed"); return -2; } dst_fp = fopen(dst, "wb"); if(NULL == dst_fp) { fclose(src_fp); perror("open dst file failed"); return -2; } while(1) { //memset(rdata, 0, sizeof(rdata)); //memset(encode_data, 0, sizeof(encode_data)); encode_datalen = 0; rmemb = fread(rdata + lastnum, 1, nmemb, src_fp); if((lastnum + rmemb) % 3 == 0 || rmemb < nmemb) { //读取到的数据与上次余下来的数据总大小是3的倍数 或 文件已读完（或出错） base64_encode(rdata, lastnum + rmemb, encode_data, &encode_datalen); fwrite(encode_data, 1, encode_datalen, dst_fp); lastnum = 0; } else { num = (lastnum + rmemb) % 3; //余下来的字节数 base64_encode(rdata, lastnum + rmemb - num, encode_data, &encode_datalen); fwrite(encode_data, 1, encode_datalen, dst_fp); //将余下来的数据移动至缓冲区最前面 if(num == 1) { rdata[0] = rdata[lastnum + rmemb - 1]; } else if(num == 2) { rdata[0] = rdata[lastnum + rmemb - 2]; rdata[1] = rdata[lastnum + rmemb - 1]; } lastnum = num; } if(rmemb < nmemb) { //文件已读完 或 出错 break; } } fclose(src_fp); fclose(dst_fp); return 0; } /** * @brief base64_decode_file base64解码文件 * @param src 需解码的文件路径 * @param dst 解码后输出的文件路径 * @return int 0：成功 -1：无效参数 -2：文件操作失败 */ int base64_decode_file(const char *src, const char *dst) { if(src == NULL || dst == NULL) { return -1; } FILE *src_fp, *dst_fp; char rdata[128*4]; //存放读取到的文件数据 size_t rmemb; //读文件数据返回值，读取到的块数 size_t nmemb = sizeof(rdata); //每次读取文件数据的块数，最好是4的倍数 char decode_data[nmemb/4*3+1]; //存放解码后的数据，大小计算 int decode_datalen; //解码后的数据大小 unsigned char num = 0, lastnum = 0; src_fp = fopen(src, "rb"); if(NULL == src_fp) { perror("open src file failed"); return -2; } dst_fp = fopen(dst, "wb"); if(NULL == dst_fp) { fclose(src_fp); perror("open dst file failed"); return -2; } while(1) { //memset(rdata, 0, sizeof(rdata)); //memset(encode_data, 0, sizeof(encode_data)); decode_datalen = 0; rmemb = fread(rdata + lastnum, 1, nmemb, src_fp); if((lastnum + rmemb) % 4 == 0 || rmemb < nmemb) { //读取到的数据与上次余下来的数据总大小是4的倍数 或 文件已读完（或出错） base64_decode(rdata, lastnum + rmemb, decode_data, &decode_datalen); fwrite(decode_data, 1, decode_datalen, dst_fp); lastnum = 0; } else { num = (lastnum + rmemb) % 4; //余下来的字节数 base64_decode(rdata, lastnum + rmemb - num, decode_data, &decode_datalen); fwrite(decode_data, 1, decode_datalen, dst_fp); //将余下来的数据移动至缓冲区最前面 if(num == 1) { rdata[0] = rdata[lastnum + rmemb - 1]; } else if(num == 2) { rdata[0] = rdata[lastnum + rmemb - 2]; rdata[1] = rdata[lastnum + rmemb - 1]; } else if(num == 3) { rdata[0] = rdata[lastnum + rmemb - 3]; rdata[1] = rdata[lastnum + rmemb - 2]; rdata[2] = rdata[lastnum + rmemb - 1]; } lastnum = num; } if(rmemb < nmemb) { //文件已读完 或 出错 break; } } fclose(src_fp); fclose(dst_fp); return 0; }
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