C++怎么实现一个Base64编码解码器_C++数据编码与位运算实践-C++-PHP中文网

C++怎么实现一个Base64编码解码器_C++数据编码与位运算实践

尼克

发布： 2025-11-25 11:50:32

原创

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Base64编码将每3字节二进制数据拆分为4个6位组，对应64字符表中的可打印字符，不足时用'='填充；C++通过位运算和查表实现高效编解码，适用于文本协议中安全传输字节流。

c++怎么实现一个base64编码解码器_c++数据编码与位运算实践

Base64 编码是一种常见的将二进制数据转换为可打印 ASCII 字符的方法，常用于在文本协议（如 JSON、HTTP）中安全传输字节流。C++ 没有内置 Base64 支持，但通过位运算和查表法可以轻松实现一个高效且可靠的编码解码器。

Base64 编码原理与字符表

Base64 使用 64 个可打印字符来表示 6 位数据：

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/

每 3 个原始字节（24 位）被拆分为 4 个 6 位组，每个组对应一个 Base64 字符。如果输入长度不是 3 的倍数，使用 '=' 进行填充。

例如：

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3 字节 → 4 Base64 字符
1 或 2 字节不足时补 '='

C++ 实现 Base64 编码

编码过程需按 3 字节一组处理，利用位移和掩码提取 6 位数据。

const char* base64_chars = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/";

编码函数示例：

std::string base64_encode(const unsigned char* data, size_t len) { std::string result; result.reserve((len + 2) / 3 * 4);

for (size_t i = 0; i < len; i += 3) {
    // 取三个字节（可能越界）
    unsigned int n = 0;
    int num_bytes = 0;

    n |= (i < len ? data[i] : 0) << 16; num_bytes++;
    n |= (i + 1 < len ? data[i + 1] : 0) << 8; num_bytes++;
    n |= (i + 2 < len ? data[i + 2] : 0); num_bytes++;

    // 提取四个 6 位组
    result += base64_chars[(n >> 18) & 0x3F];
    result += base64_chars[(n >> 12) & 0x3F];
    result += (num_bytes > 1) ? base64_chars[(n >> 6) & 0x3F] : '=';
    result += (num_bytes > 2) ? base64_chars[n & 0x3F] : '=';
}

return result;

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}

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用 << 和 >> 移位合并三字节为 24 位整数
用 & 0x3F（即 & 63）取低 6 位
根据实际字节数决定是否添加 '=' 填充

C++ 实现 Base64 解码

解码是编码的逆过程，先将字符映射回 6 位值，再组合成原始字节。

int decode_table[256];

void init_decode_table() { for (int i = 0; i < 256; ++i) decode_table[i] = -1; for (int i = 0; i < 64; ++i) decode_table[static_cast(base64_chars[i])] = i; decode_table['='] = 0; // 填充值设为 0，参与计算但不计入输出 }

解码函数：

std::vector base64_decode(const std::string& str) { std::vector result; result.reserve((str.size() * 3) / 4);

for (size_t i = 0; i < str.size(); i += 4) {
    unsigned int n = 0;
    n |= decode_table[str[i]] << 18;
    n |= decode_table[str[i + 1]] << 12;
    n |= (i + 2 < str.size() && str[i + 2] != '=') ? decode_table[str[i + 2]] << 6 : 0;
    n |= (i + 3 < str.size() && str[i + 3] != '=') ? decode_table[str[i + 3]] : 0;

    result.push_back((n >> 16) & 0xFF);
    if (i + 2 < str.size() && str[i + 2] != '=') result.push_back((n >> 8) & 0xFF);
    if (i + 3 < str.size() && str[i + 3] != '=') result.push_back(n & 0xFF);
}

return result;

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}

注意：

提前初始化 decode_table 提高效率
检查 '=' 判断有效字符数
只将非 '=' 的字符计入最终输出长度

完整使用示例

封装后可在项目中直接调用：

#include <iostream> #include <string> #include <vector>

// 上述所有函数定义...

int main() { init_decode_table();

std::string text = "Hello World!";
auto encoded = base64_encode(reinterpret_cast<const unsigned char*>(text.data()), text.size());
auto decoded = base64_decode(encoded);

std::string roundtrip(decoded.begin(), decoded.end());
std::cout << "Encoded: " << encoded << "\n";
std::cout << "Decoded: " << roundtrip << "\n";

return 0;

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}

输出：

Encoded: SGVsbG8gV29ybGQh Decoded: Hello World!

基本上就这些。核心是理解 3 字节 ↔ 4 字符的转换逻辑，配合位运算精确提取数据段。这种实现轻量、无依赖，适合嵌入式或性能敏感场景。

以上就是C++怎么实现一个Base64编码解码器_C++数据编码与位运算实践的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！