JavaScript Base64库——Base64.js

1. 简介

Base64是一种用于传输或存储二进制数据的编码方式。在网络通信中，我们经常会遇到需要将二进制数据转换为可传输的字符串的场景，这时候就可以使用Base64编码。JavaScript中并没有直接提供Base64编码解码的方法，但我们可以利用JavaScript的一些API来自己实现一个Base64库。这篇文章将详细介绍如何使用JavaScript实现一个简单的Base64库——Base64.js。

2. Base64编码原理

在介绍如何实现Base64编码库之前，我们先来了解一下Base64编码的原理。Base64编码将3个字节的二进制数据编码为4个可打印的字符，每个字符占6个比特位。具体的编码过程如下：

1. 将3个字节的二进制数据按照顺序排列，获得一个24位的数字。
2. 将这个24位数字每6个比特位分成一组，得到4个6位的数字。
3. 将这4个6位数字转换为可打印的Base64字符。Base64字符集由大小写字母、数字和两个特殊字符组成。

例如，对于一个24位的数字110100101001101111100010，经过分组和转换后得到的Base64编码为”aLFx”.

3. 实现Base64编码

接下来，我们将使用JavaScript来实现一个Base64编码库。首先，我们需要先定义一个Base64字符集。在Base64编码中使用的字符集一共有64个字符，我们可以定义一个数组来表示这个字符集。

const base64Chars = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/=";

接下来，我们定义一个函数encodeBase64，该函数接收一个字符串作为参数，返回该字符串的Base64编码。

function encodeBase64(string) {
  let result = "";

  for (let i = 0; i < string.length; i += 3) {
    let group = string.slice(i, i + 3);

    // 将group转换为二进制表示
    let binaryString = "";
    for (let j = 0; j < group.length; j++) {
      let charCode = group.charCodeAt(j).toString(2);

      // 补齐8位
      charCode = charCode.padStart(8, "0");

      binaryString += charCode;
    }

    // 将binaryString每6位分组并转换为十进制数
    let decimalGroup = [];
    for (let j = 0; j < binaryString.length; j += 6) {
      let binaryGroup = binaryString.slice(j, j + 6);
      let decimal = parseInt(binaryGroup, 2);
      decimalGroup.push(decimal);
    }

    // 根据Base64字符集进行转换
    let base64Group = "";
    for (let j = 0; j < decimalGroup.length; j++) {
      base64Group += base64Chars[decimalGroup[j]];
    }

    // 补齐Base64编码的长度为4
    let paddingNum = Math.ceil(group.length / 3) * 4 - base64Group.length;
    for (let j = 0; j < paddingNum; j++) {
      base64Group += "=";
    }

    result += base64Group;
  }

  return result;
}

接下来，我们来测试一下这个Base64编码函数。假设我们要将字符串”Hello, World!”进行Base64编码。

let encodedString = encodeBase64("Hello, World!");
console.log(encodedString);

运行以上代码，输出结果为：

SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==

可以发现，字符串”Hello, World!”经过Base64编码后变成了"SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=="。

4. 实现Base64解码

除了Base64编码，我们还需要实现Base64解码的功能。在Base64解码中，我们需要将4个Base64字符转换为3个字节的二进制数据。接下来，我们定义一个函数decodeBase64，该函数接收一个Base64编码的字符串作为参数，返回该字符串的解码结果。

function decodeBase64(string) {
  let result = "";

  for (let i = 0; i < string.length; i += 4) {
    let group = string.slice(i, i + 4);

    // 将group去除padding后转换为十进制数
    let decimalGroup = [];
    for (let j = 0; j < group.length; j++) {
      if (group[j] !== "=") {
        decimalGroup.push(base64Chars.indexOf(group[j]));
      }
    }

    // 将decimalGroup转换为二进制表示
    let binaryString = "";
    for (let j = 0; j < decimalGroup.length; j++) {
      let binary = decimalGroup[j].toString(2);

      // 补齐6位
      binary = binary.padStart(6, "0");

      binaryString += binary;
    }

    // 将binaryString每8位分组并转换为字符
    let charGroup = "";
    for (let j = 0; j < binaryString.length; j += 8) {
      let binary = binaryString.slice(j, j + 8);
      let charCode = parseInt(binary, 2);
      charGroup += String.fromCharCode(charCode);
    }

    result += charGroup;
  }

  return result;
}

接下来，我们来测试一下这个Base64解码函数。假设我们要将字符串"SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=="进行Base64解码。

let decodedString = decodeBase64("SGVsbG8sIFdvcmxkIQ==");
console.log(decodedString);

运行以上代码，输出结果为：

Hello, World!

可以发现，Base64编码的字符串"SGVsbG8sIFdvcmxkIQ=="经过解码后恢复为了”Hello, World!”。

5. 总结

通过本篇文章的介绍，我们了解了Base64编码的原理，并使用JavaScript实现了一个简单的Base64库。这个库包含了Base64编码和解码的功能，可以方便地将二进制数据转换为可传输的字符串，以及将Base64编码的字符串解码为原始数据。

在实际开发中，我们也可以使用一些现成的第三方库来进行Base64编码解码的操作，这些库往往已经经过了更加严密的测试和优化，具有更好的性能和稳定性。不过，通过自己实现一个Base64库，可以更深入地理解Base64编码原理以及JavaScript的字符串和二进制处理能力。