Python简单实现Base64编码和解码的方法

下面是“Python简单实现Base64编码和解码的方法”的完整攻略：

1. Base64编码概述

Base64是一种将数据编码的方法，可将任意二进制数据转换为纯文本格式便于传输。

Base64编码由64个字符组成，即：A-Z、a-z、0-9和“+”、“/”两个符号。

2. Python内置库 base64

在Python中，可以很方便地使用内置库base64进行Base64编码与解码。

2.1 Base64编码

使用base64库的b64encode()函数进行Base64编码，示例代码如下：

import base64

text = 'Hello World!'
encoded_text = base64.b64encode(text.encode('utf-8'))
print(encoded_text)

输出结果为：b'SGVsbG8gV29ybGQh'

2.2 Base64解码

使用base64库的b64decode()函数进行Base64解码，示例代码如下：

import base64

encoded_text = 'SGVsbG8gV29ybGQh'
decoded_text = base64.b64decode(encoded_text).decode('utf-8')
print(decoded_text)

输出结果为：Hello World!

3. 自定义实现 Base64 编码和解码

虽然Python中已经有了base64库提供的编码和解码方法，但我们也可以自己实现，以提高对Base64的理解。

3.1 Base64编码

Base64编码的实现是将字符转成对应的ASCII码值，再将二进制序列的每6位组成一个整数，根据这个整数在Base64编码字符表中查找对应的字符，重复直到所有数据均转换成Base64字符为止。

以下是Python实现的代码示例：

import string

BASE64_CHARS = string.ascii_uppercase + string.ascii_lowercase + string.digits + '+' + '/'

def base64_encode(text: str) -> str:
    # 将字符串转换成二进制格式
    text_bytes = text.encode('utf-8')
    bin_text = ''.join([f'{byte:08b}' for byte in text_bytes])

    # 补全 Base64 编码中所需要的 0
    remainder = len(bin_text) % 6
    if remainder:
        bin_text += '0' * (6 - remainder)

    # 按照 6 位分组，并将每组转换为 10 进制整数，最后转换为 Base64 编码字符
    groups = [bin_text[i: i+6] for i in range(0, len(bin_text), 6)]
    decimal_groups = [int(group, 2) for group in groups if group != '']
    encoded_text = ''.join([BASE64_CHARS[i] for i in decimal_groups])

    # 补全末尾的等号
    remainder = len(encoded_text) % 4
    if remainder:
        encoded_text += '=' * (4 - remainder)

    return encoded_text

3.2 Base64解码

Base64解码的实现是将字符在Base64编码字符表中的位置转换成10进制整数，并将这个整数转换成二进制字符串，然后将每个6位分成一组，并将每组转换成对应的字符。

以下是Python实现的代码示例：

def base64_decode(text: str) -> str:
    # 去掉 Base64 编码中末尾的等号
    text = text.rstrip('=')

    # 将 Base64 编码字符转换成对应的10进制整数
    decimal_groups = [BASE64_CHARS.index(c) for c in text]

    # 将10进制整数转换成二进制字符串，并将各位拼接起来
    bin_text = ''.join([f'{decimal:06b}' for decimal in decimal_groups])

    # 按照 8 位分组，并将每组转换成字符
    groups = [bin_text[i: i+8] for i in range(0, len(bin_text), 8)]
    decoded_text = ''.join([chr(int(group, 2)) for group in groups])

    return decoded_text

4. 示例验证

可以使用自定义实现的Base64编码和解码对文本进行编解码，验证规则是否正确。

以下是Python实现的代码示例：

text = 'Hello World!'
encoded_text = base64_encode(text)
decoded_text = base64_decode(encoded_text)
print(f'原文: {text}')
print(f'Base64 编码后: {encoded_text}')
print(f'Base64 解码后: {decoded_text}')

输出结果为：

原文: Hello World!
Base64 编码后: SGVsbG8gV29ybGQh
Base64 解码后: Hello World!

另一个示例：

text = 'Python is fun!'
encoded_text = base64_encode(text)
decoded_text = base64_decode(encoded_text)
print(f'原文: {text}')
print(f'Base64 编码后: {encoded_text}')
print(f'Base64 解码后: {decoded_text}')

输出结果为：

原文: Python is fun!
Base64 编码后: UHl0aG9uIGlzIGZ1biE=
Base64 解码后: Python is fun!