BASE64 编码实现

用了几天的时间实现了BASE64编码，编程能力还有待提高啊 。

下面就描述下我的实现过程吧。

首先，当然要知道BASE64的编码规则了，至于有什么用这里就不再描述啦。编码规则查看这篇文章《BASE64编码规则》，也是在网上搜索到的。大致可分为以下两步：一、字节转换（3*8 -> 4*6）；二、字符编码。


一、字节转换（3*8 -> 4*6）

    先计算出转码后数组的长度，用来创建新数组及保存转码后的内容。

int desLength = (int) ((src.length + 2) / 3) * 4;

    把3个8位字节（3*8=24）转化为4个6位的字节（4*6=24），之后在6位的前面补两个0，形成8位一个字节的形式。

进行如下操作：

des[i * 4] = (byte) (src[i * 3] >>> 2);
des[i * 4] &= 0x3f;      // 最高两位置0
des[i * 4 + 1] = (byte) (src[i * 3] << 4 | ((src[i * 3 + 1] >>> 4) & 0x0f));
des[i * 4 + 1] &= 0x3f;  // 最高两位置0
des[i * 4 + 2] = (byte) (src[i * 3 + 1] << 2 | ((src[i * 3 + 2] >>> 6) & 0x03));
des[i * 4 + 2] &= 0x3f;  // 最高两位置0
des[i * 4 + 3] = (byte) (src[i * 3 + 2] & 0x3f);

第二行的目的是将转码后的最高两位置0，第三行最后的 & 0x0f 操作是确保移位后高四位为0。进行这步操作是因为 Java 中的位运算是对32位的整形进行的，对于byte类型会自动转码成int类型后再进行位运算。此时有符号运算（">>")和无符号运算（">>>"）效果是一样的，故一定要进行位运算以保证高位为0。

上述操作只对代码量是3的整数倍时有效。当代码量不是3的整数倍时，代码量/3的余数自然就是2或者1。此时，转换结果不够6位的用0来补上相应的位置，之后再在6位的前面补两个0。转换完空出的结果就用就用“=”来补位。

这一步要判断代码的长度，并进行相对应的不同的处理。想了半天，还是用了个小技巧，用Java的异常帮忙获得最后要进行处理的代码。

try {
    // 可以被完全转换的代码，代码量是3的整数倍
} catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
    // 特殊处理的代码，及需判断用“=”补位的代码
    if ((src.length % 3) == 2) { // 存在中间项
        des[des.length - 3] = (byte) (src[src.length - 2] << 4 | src[src.length - 1] >>> 4);
        des[des.length - 3] &= 0x3f;
        des[des.length - 2] = (byte) (src[src.length - 1] << 2 | 0x00);
        des[des.length - 2] &= 0x3f;
        des[des.length - 1] = 0x40;
     } else {
        des[des.length - 3] = (byte) (src[src.length - 1] << 4 | 0x00);
        des[des.length - 3] &= 0x3f;
        des[des.length - 2] = 0x40;
        des[des.length - 1] = 0x40;
     }
}

这样，字节转换就完成啦。


二、字符编码

char c[] = new char[des.length];
for (int i = 0; i < des.length; i++) {
    if (des[i] >= 0 && des[i] <= 25)
        c[i] = (char) (des[i] + 'A');
    else if (des[i] >= 26 && des[i] <= 51)
        c[i] = (char) (des[i] - 26 + 'a');
    else if (des[i] >= 52 && des[i] <= 61)
        c[i] = (char) (des[i] -52 + '0');
    else if (des[i] == 62)
        c[i] = '+';
    else if (des[i] == 63)
        c[i] = '/';
    else
        c[i] = '=';
}

解码和编码是一样的步骤，就不再详述啦。

BASE64编码在Java 标准API库中好像没有提供，但sun在JDK中提供了两个类来处理。路径如下：
sun.misc.BASE64Encoder和sun.misc.BASE64Dncoder
用法在下面的代码中用展示。

下面是完整的代码：

import java.io.IOException;


public class Base64 {

    private static byte src[];
    private static byte des[];

    public static char[] encoding(String str) {
        src = str.getBytes();
        int desLength = (int) ((src.length + 2) / 3) * 4;   // 计算目标数组的长度
        des = new byte[desLength];
        // 3*8 转 4*6
        try {
            for (int i = 0; i * 4 < des.length; i++) {
                des[i * 4] = (byte) (src[i * 3] >>> 2);
                des[i * 4] &= 0x3f;
                des[i * 4 + 1] = (byte) (src[i * 3] << 4 | ((src[i * 3 + 1] >>> 4) & 0x0f));
                des[i * 4 + 1] &= 0x3f;
                des[i * 4 + 2] = (byte) (src[i * 3 + 1] << 2 | ((src[i * 3 + 2] >>> 6) & 0x03));
                des[i * 4 + 2] &= 0x3f;
                des[i * 4 + 3] = (byte) (src[i * 3 + 2] & 0x3f);
            }
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            if ((src.length % 3) == 2) { // 存在中间项
                des[des.length - 3] = (byte) (src[src.length - 2] << 4 | ((src[src.length - 1] >>> 4) & 0x0f));
                des[des.length - 3] &= 0x3f;
                des[des.length - 2] = (byte) (src[src.length - 1] << 2 | 0x00);
                des[des.length - 2] &= 0x3f;
                des[des.length - 1] = 0x40;
            } else {
                des[des.length - 3] = (byte) (src[src.length - 1] << 4 | 0x00);
                des[des.length - 3] &= 0x3f;
                des[des.length - 2] = 0x40;
                des[des.length - 1] = 0x40;
            }
        }

        // 编码 byte[] -> char[]
        char c[] = new char[des.length];
        for (int i = 0; i < des.length; i++) {
            if (des[i] >= 0 && des[i] <= 25)
                c[i] = (char) (des[i] + 'A');
            else if (des[i] >= 26 && des[i] <= 51)
                c[i] = (char) (des[i] - 26 + 'a');
            else if (des[i] >= 52 && des[i] <= 61)
                c[i] = (char) (des[i] -52 + '0');
            else if (des[i] == 62)
                c[i] = '+';
            else if (des[i] == 63)
                c[i] = '/';
            else
                c[i] = '=';
        }
        return c;
    }

    public static byte[] decoder(String str) {
        // 解码 char[] -> byte[]
        char c[] = str.toCharArray();
        byte[] b = new byte[c.length];
        for (int i = 0; i < c.length; i++) {
            if (c[i] >= 'A' && c[i] <= 'Z')
                b[i] = (byte) (c[i] - 'A');
            else if (c[i] >= 'a' && c[i] <='z')
                b[i] = (byte) (c[i] - 'a' + 26);
            else if (c[i] >= '0' && c[i] <= '9')
                b[i] = (byte) (c[i] - '0' + 52);
            else if (c[i] == '+')
                b[i] = 0x3e;
            else if (c[i] == '/')
                b[i] = 0x3f;
            else
                b[i] = 0x40;
        }

        // 4*6 -> 3*8
        int num = 0; // 记录"="的个数
        if (b[b.length - 1] == 0x40) {
            num++;
            if (b[b.length - 2] == 0x40)
                num++;
        }
        int aLength = b.length / 4 * 3 - num;
        byte [] a = new byte[aLength];
        try {
            for (int i = 0; i * 3 < a.length; i++) {
                a[i * 3] = (byte) ((b[i * 4] << 2) | ((b[i * 4 + 1] >> 4) & 0x03));
                a[i * 3 + 1] = (byte) ((b[i * 4 + 1] << 4) | ((b[i * 4 + 2] >> 2) & 0x0f));
                a[i * 3 + 2] = (byte) ((b[i * 4 + 2] << 6) | (b[i * 4 + 3] & 0x3f));
            }
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException e) {
            // do nothing
        }
        return a;
    }

    // Test
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        String str = new String("Hello，我是翔之骓。英文名是 Cream！");
        char[] temp = Base64.encoding(str);
        System.out.println(temp);
        System.out.println(new String(Base64.decoder(new String(temp))));

        // use sun BASE64 encoding
        sun.misc.BASE64Encoder encoder = new sun.misc.BASE64Encoder();
        System.out.println("系统提供：\n" + encoder.encode(src));
        sun.misc.BASE64Decoder decoder = new sun.misc.BASE64Decoder();
        System.out.println(new String(decoder.decodeBuffer(encoder.encode(src))));
    }
}