C++实现Base64编码与解码（从零开始掌握C++ Base64字符串处理技术）

什么是Base64？

Base64是一种将二进制数据编码为ASCII字符串的编码方式。它使用64个可打印字符（A-Z、a-z、0-9、+、/）来表示数据，每3个字节的原始数据会被编码为4个Base64字符。当原始数据长度不是3的倍数时，会用'='进行填充。

C++ Base64编码实现

下面是一个完整的C++ Base64编码函数实现：

#include <iostream>#include <string>std::string base64_encode(const std::string& input) {    static const char base64_chars[] =         "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"        "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"        "0123456789+/";        std::string encoded_string;    int i = 0;    unsigned char char_array_3[3];    unsigned char char_array_4[4];        for (size_t x = 0; x < input.size();) {        // 将3个字节读入数组        char_array_3[i++] = input[x++];        if (x == input.size()) {            // 处理不足3字节的情况            char_array_3[i] = '\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;                        // 根据填充情况设置等号            for (int j = 0; j < i + 1; j++) {                encoded_string += base64_chars[char_array_4[j]];            }            while (i++ < 3) {                encoded_string += '=';            }            break;        }                if (i == 3) {            // 处理完整的3字节组            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 (int j = 0; j < 4; j++) {                encoded_string += base64_chars[char_array_4[j]];            }            i = 0;        }    }        return encoded_string;}

C++ Base64解码实现

对应的Base64解码函数如下：

#include <iostream>#include <string>#include <vector>static inline bool is_base64(unsigned char c) {    return (isalnum(c) || (c == '+') || (c == '/'));}std::string base64_decode(const std::string& encoded_string) {    size_t in_len = encoded_string.size();    int i = 0;    int in_ = 0;    unsigned char char_array_4[4], char_array_3[3];    std::string 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] = static_cast<unsigned char>(strchr(                    "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"                    "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"                    "0123456789+/", char_array_4[i]) -                     "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"                    "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"                    "0123456789+/");            }                        char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);            char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);            char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];                        for (i = 0; i < 3; i++) {                ret += char_array_3[i];            }            i = 0;        }    }        if (i) {        for (int j = i; j < 4; j++) {            char_array_4[j] = 0;        }                for (int j = 0; j < 4; j++) {            char_array_4[j] = static_cast<unsigned char>(strchr(                "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"                "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"                "0123456789+/", char_array_4[j]) -                 "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"                "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"                "0123456789+/");        }                char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);        char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);        char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];                for (int j = 0; j < i - 1; j++) {            ret += char_array_3[j];        }    }        return ret;}

完整使用示例

下面是一个完整的测试程序，演示如何使用上述函数：

#include <iostream>#include <string>// 在这里插入上面的base64_encode和base64_decode函数int main() {    std::string original = "Hello, C++ Base64编码解码!";    std::cout << "原始字符串: " << original << std::endl;        // 编码    std::string encoded = base64_encode(original);    std::cout << "Base64编码: " << encoded << std::endl;        // 解码    std::string decoded = base64_decode(encoded);    std::cout << "Base64解码: " << decoded << std::endl;        // 验证是否正确    if (original == decoded) {        std::cout << "✅ 编解码成功！" << std::endl;    } else {        std::cout << "❌ 编解码失败！" << std::endl;    }        return 0;}

关键知识点总结

• C++ Base64编码：将任意二进制数据转换为只包含64个安全字符的字符串
• C++ Base64解码：将Base64字符串还原为原始二进制数据
• Base64算法实现的核心是位运算和字符映射表
• C++字符串处理在Base64实现中非常重要，需要正确处理字节边界和填充字符

常见问题与注意事项

1. 性能考虑：对于大量数据处理，可以考虑使用更高效的实现或第三方库如OpenSSL。

2. Unicode支持：本实现主要针对ASCII字符，处理中文等Unicode字符时需要先进行UTF-8编码。

3. 错误处理：实际应用中应添加更多的输入验证和错误处理机制。

通过本教程，你应该已经掌握了C++ Base64编码和C++ Base64解码的基本实现方法。这些技能在实际开发中非常实用，特别是在处理网络协议、文件格式和数据序列化时。继续练习并尝试优化这些代码，你的Base64算法实现和C++字符串处理能力将会得到显著提升！