Android编码解码及其原理

前言

  1. 本文用到ASCII表,Base64对照表请自行百度。

  2. 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。

Base64简介

  • 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。

Base64Api

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//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

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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)

  4. 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,

字符串Base64编码过程

  • 字符串String str = "0Aa";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。
  • 转换
get 0 A a
ASCII 48 65 97
二进制表示 00110000 01000001 01100001
  • 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
get 1 2 3 4
开始 001100 000100 000101 100001
转化 00001100 00000100 00000101 00100001
转为10进制 12 4 5 33
Base64字符 M E F h

二进制数组编码过程

  • 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

byte 1 10 20
二进制表示 00000001 00001010 00010100
  • 6位一组,二进制串000000 010000 101000 010100
get 1 2 3 4
开始 000000 010000 101000 010100
转化 00000000 00010000 00101000 00010100
转为10进制 0 16 40 20
Base64字符 A Q o U

Hex编码简介

  1. 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。
  1. 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编码实现

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/**
* 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;
}

Hex编码原理分析

  • 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解码实现

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/**
* 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;
}

Hex解码原理分析

  • 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?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

  • 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。
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