关于base64编码的原理和实现

在前文 Data URI 应用场景小结 中我们提到了一个概念，叫做 base64编码，今天我们就来聊聊 base64编码，揭开它的神秘面纱。

一句话解释：Base64是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的表示方法。

用记事本打开 exe、jpg、pdf 这些文件时，我们都会看到一大堆乱码，因为二进制文件包含很多无法显示和打印的字符，所以，如果要让记事本这样的文本处理软件能处理二进制数据，就需要一个二进制到字符串的转换方法。Base64 是一种最常见的二进制编码方法。

Base64的原理很简单，首先，准备一个包含 64 个字符的数组：

['A', 'B', 'C', ... 'a', 'b', 'c', ... '0', '1', ... '+', '/']

附 base64 索引表：

然后，对二进制数据进行处理，每 3 个字节一组（如果字节数不能被 3 整除，则用 0 补位），每个字节是 8 bits，一共是 3 x 8 = 24 bits，划为 4 组，每组正好 6 个 bits。将每组的 6 bits 转为十进制数字，这样我们得到 4 个数字作为索引（3->4，所以经过 base64 编码的图片会比原文件大 1/3，不过一般经过 gzip 压缩后跟原文件大小差不多），然后查表，获得相应的 4 个字符，就是编码后的字符串。

如果是字符串的 base64 编码，具体步骤为：

1. 获取字符串每个字符的 ASCII 码，如果字符数不能被 3 整除，则末尾补 0
2. 将步骤 1 获取的 ASCII 码转为 8 位 二进制码
3. 每 6 bits 为一组，并将 6 位二进制码转为十进制
4. 对照上面的 base64 索引表，得到编码后的字符串

需要注意的是：

• 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
• 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 =，而不是查表所得的 A（所以通过 base64编码 的图片最后有时会有 1-2 个 =）

举两个例子：

（1）字符长度能被 3 整除时，比如 'han'：

           h           a           n
ASCII     104          97         110
8bit字节   01101000    01100001   01101110
6bit字节   011010      000110     000101     101110
十进制      26          6          5          46
对应编码    a           G          F          u

（2）字符长度不能被 3 整除时，比如 'zichi'：

             z           i           c           h          i
ASCII:      122         105          99         104        105
8bit字节:   01111010    01101001     01100011   01101000   01101001   00000000(补)
6bit字节:   011110      100110     100101     100011    011010   000110   100100   000000
十进制:     30          38         37         35        26       6        36       异常
对应编码:   e           m          l          j         a        G        k          =

事实上，高级浏览器已经内置了 atob （ASCII to Binary）以及 btoa （Binary to ASCII）函数分别用来处理解码和编码 base64 字符串。atob() 函数能够解码通过 base-64 编码的字符串数据。相反地，btoa() 函数能够从二进制数据“字符串”创建一个 base-64 编码的 ASCII 字符串。（PS：特别要注意的是 btoa 是编码，atob 是解码 o(╯□╰)o）

不幸的是某些版本的 IE 浏览器并不支持 atob() 以及 btoa() 函数，好在理解了上述的编码步骤，一个 base64编码、转码器也就不难实现了，可以猛戳 DEMO 进行查看（HTML 部分 fork 了岑安大大的代码，把 select 改成了 radio，个人觉得 radio 更方便）。代码放在了 Github。

Read More：

• Base64的编码与解码
• Base64 Wiki
• window.btoa
• window.atob