编码解码及其原理(Base64/Hex/URLEncoding)

android编码解码及其原理

注，本文用到ASCII表，Base64对照表请自行百度。

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概念：编码解码就是使用特定的算法，将数据进行处理，形成数据的另外一种表现形式，编码后的数据可以使用解码算法还原出原始数据。

1.Base64

Base64算法可以将任意的字节数组数据通过算法生成只有（英文大小写，数字，+，/）共64种字符的字符串数据；相当于将任意内容转换为可见字符串表示。

也就是将不可见的数据转换为ASCII码数据，便于在Json和Xml中传递。

使用Base64编码解码很简单，只有几个方法

//将字节数组编码，返回为String
Base64.encodeToString(byte[] bs,int flag);
//将字节数组编码，返回字节数组
Base64.encode(byte[] bs,int flag);
//将字节数组按指定位置部分编码，返回字符串
Base64.encodeToString(byte[] bs,int offset,int lenth);
//将字节数组按指定位置部分编码，返回字节数组
Base64.encode(byte[] bs,int offset,int lenth);
//将编码后的字符串解码返回字节数组
Base64.decode(String str,int flag);
//将编码后的字节数组解码返回字节数组
Base64.decode(byte[],int flag);
//将编码后的字节数组按指定位置部分解码，返回字节数组
Base64.decode(byte[] bs,int offset,int len);

flag常量

Base64.CRLF 这个参数意思是Win风格的换行符，意思就是使用CR LF这一对作为一行的结尾而不是Unix风格的LF

Base64.DEFAULT 这个参数是默认，使用默认的方法来加密

Base64.NO_PADDING 这个参数是略去加密字符串最后的”=”

Base64.NO_WRAP 这个参数意思是略去所有的换行符（设置后CRLF就没用了）

Base64.URL_SAFE 这个参数意思是加密时不使用对URL和文件名有特殊意义的字符来作为加密字符，具体就是以-和_取代+和/

//习惯上使用Base64.NO_WRAP，使用什么方式编码就需要使用什么方式解码。

Base64原理：

Base64在编码时按照三个字节一组分组， 进行处理，每三个字节在编码之后被转换为4个字符。

1.每个字节有8个bit(也必须是要求有8bit，所以中文是不可以的),三个字节就有24个bit.

2.但是我们只有64 种字符选择，也就是Base64的字符最多只能用6bit来表示，再大就会超出64的范围，所以编码以后显示的字符开始两位是0.

3.那么原先24bit的数据要显示在现在每个字符只有6bit的表示方法上，很明显需要4个字符（3*8 ==4*6）

当数据长度在无法满足3的倍数的时候会在末尾添加“=“

具体的转换方法直接说可能有点抽象，举个例子，比如现在有一个字符串

String str = "0Aa";

我们对其进行Base64编码时

1.首先，原先每个字符是2个字节16bit,对于英文来说前8个bit是0，也就是只有8个bit,现在是3个字符，3*8=24个bit需要显示。

2.转换

现在拼凑成是这样的二进制串( 001100 000100 000101 100001)，将其转化为Base64可以显示的模式，需要每次取6位作为一个Base64字符,前两位补0

这个例子已经很清晰的解释了Base64的编码过程，网上有人自己实现了Base64编码的类，android源码也不难，这是编码字符串看起来还是比较清晰的，我们也可以更本质一点

byte[] bs = new byte[]{1,10,20};

这是一个byte数组，复习一下，1个byte是8个bit,可以表示的范围0-127之间，我们在调用Base64的函数时，本质也是在操作字节数组，同样的原理

二进制串000000 010000 101000 010100

综上，Base64的原理。

Hex编码原理

Hex就是16进制，本质上是将字节数组转化为16进制，然后用字符串的形式表现出来，我们知道16进制的取值范围就是在0-f之间，这样就可以将无法显示的字节数组数据显示出来。

原理方面比起Base64就简单很多了，一个8bit的数据，也就是（xxxx xxxx）,每4个bit可以转化为一个16进制表示，也就是8个bit会转化为（00-ff）之间的16进制数字。

Hex编码并没有内置的工具类，需要自己写，代码

/**
* 字节数组转换为字符串
* 一个字节形成两个字符，是原来数据长度的两倍
*
* @param data
* @return
*/
public static String toHex(byte[] data) {
String ret = null;
//todo 将字节数组转换为字符串
if (data != null && data.length > 0) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (byte b : data) {
//分别获取高四位和低四位转换为字符
int h = (b >> 4) & 0x0f;
int l = b & 0x0f;
char ch, cl;
if (h > 9) {//0x0a~0x0f
ch = (char) ('A' + (h - 10));
} else {//0~9
ch = (char) ('0' + h);
}

if (l > 9) {//0x0a~0x0f
cl = (char) ('A' + (l - 10));
} else {//0~9
cl = (char) ('0' + l);
}
sb.append(ch).append(cl);
}
ret = sb.toString();
}
return ret;
}

简单说一下，&运算，两者都为1结果才是1，b>>4&0xf取出高四位，b&0x0f取出低四位，举个例子：

字节是 b = 1010 1111

b>>4 b = 00001010

b>>4&0x0f 也就是 00001010&00001111 —-> 1010高四位取出来了，取得低四位原理一样。后面的操作就是根据数据的大小转换一下格式，因为拿到的数据是十进制的那么范围会在0-15之间，需要转换为16进制的0-f.

Hex解码

/**
* 将编码字符串解码为字节数组
*
* @param data
* @return
*/
public static byte[] fromHex(String data) {

byte[] ret = null;
//todo 将字符串转换为字节数组
if (data != null) {
int len = data.length();
char[] chs = data.toCharArray();
ret = new byte[len/2];
int ih = 0,il=0,v=0,j=0;
if (len > 0 && len % 2 == 0) {
for (int i = 0; i < len - 1; i += 2,j++) {
char ch = chs[i];
char cl = chs[i+1];

if(ch>='A'&&ch<='F'){
ih = 10 + (ch - 'A');
}else if(ch >='a'&&ch<='f'){
ih = 10 + (ch - 'a');
}else if(ch>'0'&&ch<='9'){
ih = ch - '0';
}

if(cl>='A'){
il = 10 + (cl - 'A');
}else if(cl >='a'){
il = 10 + (cl - 'a');
}else if(cl>'0'){
il = cl - '0';
}
v = ((ih&0x0f)<<4)|(il&0x0f);
ret[j] = (byte)v;

}
}
}
return ret;
}

相当于编码的逆运算，根据字符串每次取两位，转换成int，在进行移位将其拼成一个字节，怎么拼的？再说一次

v = ((ih&0x0f)<<4)|(il&0x0f);

这一句，假设我们获得的字符串最后转化结果是10和5，也就是1010，0101。10<<4,结果是10100000，然后10100000 | 0101，|运算只要有1则为1，结果是10100101就完成了拼接工作。

总结一下，Base64和Hex是比较常见的编码方式，对比一下，Base64每3个字节转化为4个字节，每个字节浪费2bit,Hex编码，每个字节转化为两个字节，每个字节浪费4bit,所以说Base64更加节省空间，而且用起来简单得多。

3.URLEncoding

补充一个URLEncoding,这种编码方式一般用在网络请求中，如果网络请求包含中文，将无法进行传输，所以需要将中文转成ASCII中的字符。

具体的操作就是将要转换的字节数组中除ASCII字符（英文，数字，特定字符）之外的字符转为16进制表示，并在开头添加%，内容中的空格使用+填充。

所有get请求中的参数，以及post请求中的请求参数的数值，都必须进行URLEncoding

String s = "i am chendong";
String encode = URLEncoder.encode(s, "utf-8");
String decode = URLDecoder.decode(encode, "utf-8");