C++中通过查表法和位操作实现Base64编码解码，每3字节转为4字符，不足补0并用'='填充，使用标准字符表完成映射，代码轻量无依赖。
在C++中实现Base64编码和解码，可以通过查表法结合位操作来完成。不需要依赖第三方库，代码轻量且易于集成到项目中。
Base64 编码原理与实现
Base64 编码将每3个字节（24位）的数据拆分为4个6位的块，每个块对应一个索引（0~63），再通过字符表映射为可打印字符。如果输入数据长度不是3的倍数，则用'='填充。
编码步骤：
- 每3个字节原始数据转换为4个Base64字符
- 不足3字节时补0，并在结果末尾添加'='占位
- 使用标准Base64字符表："ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/"
以下是C++实现代码：
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#include#include static const std::string base64_chars = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/"; // 判断是否为有效Base64字符 static inline bool is_base64(unsigned char c) { return (isalnum(c) || (c == '+') || (c == '/')); } std::string base64_encode(const unsigned char* data, size_t len) { std::string ret; int i = 0; int j = 0; unsigned char char_array_3[3]; unsigned char char_array_4[4]; while (len--) { char_array_3[i++] = *(data++); if (i == 3) { char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2; char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4); char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6); char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f; for (i = 0; i < 4; ++i) ret += base64_chars[char_array_4[i]]; i = 0; } } if (i) { for (j = i; j < 3; ++j) char_array_3[j] = 0; char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2; char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4); char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6); char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f; for (j = 0; j < i + 1; ++j) ret += base64_chars[char_array_4[j]]; while (i++ < 3) ret += '='; } return ret; } std::vector base64_decode(const std::string& encoded_string) { size_t in_len = encoded_string.size(); size_t i = 0; size_t j = 0; int in = 0; unsigned char char_array_4[4], char_array_3[3]; std::vector ret; while (in_len-- && (encoded_string[in] != '=') && is_base64(encoded_string[in])) { char_array_4[i++] = encoded_string[in]; in++; if (i == 4) { for (i = 0; i < 4; ++i) char_array_4[i] = base64_chars.find(char_array_4[i]); char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4); char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0x0f) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2); char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x03) << 6) + char_array_4[3]; for (i = 0; i < 3; ++i) ret.push_back(char_array_3[i]); i = 0; } } if (i) { for (j = i; j < 4; ++j) char_array_4[j] = 0; for (j = 0; j < 4; ++j) char_array_4[j] = base64_chars.find(char_array_4[j]); char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4); char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0x0f) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2); char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x03) << 6) + char_array_4[3]; for (j = 0; j < i - 1; ++j) ret.push_back(char_array_3[j]); } return ret; }
如何使用这些函数
你可以将字符串或二进制数据传入编码函数，得到Base64字符串；也可以把Base64字符串传入解码函数，恢复原始数据。
#include#include int main() { std::string original = "Hello, Base64 in C++!"; std::cout << "原文: " << original << std::endl; // 编码 std::string encoded = base64_encode( reinterpret_cast (original.c_str()), original.length() ); std::cout << "编码后: " << encoded << std::endl; // 解码 std::vector decoded_vec = base64_decode(encoded); std::string decoded(decoded_vec.begin(), decoded_vec.end()); std::cout << "解码后: " << decoded << std::endl; return 0; }
注意事项与优化建议
这段代码适用于大多数基础场景，但实际使用时注意以下几点：
- 性能要求高时：可以预建反向查找表（如数组索引映射），避免每次调用 find 查找字符位置
- 内存安全：确保输入指针有效，特别是处理二进制数据时不要越界
- 跨平台兼容性：标准Base64不包含换行，若需PEM格式（带换行），可每76字符加换行
- 中文或UTF-8数据：先确保字符串按字节正确传递，Base64本身只关心字节流
基本上就这些。代码简洁、无依赖，适合嵌入各种C++项目中使用。
