很長時間沒有更新個人博客了母债，因為前一段時間在換工作午磁，入職了一家新的公司，剛開始需要適應(yīng)一下新公司的節(jié)奏毡们，開始階段也比較忙迅皇。新公司還是有一定的技術(shù)氣氛的，每周都會有技術(shù)分享衙熔，而且還會給大家留一些思考題登颓，這次的思考題就是讓我們回去實現(xiàn)一個Base32的編碼和解碼。
這可怎么辦红氯？Base64也就知道個大概框咙，Base32怎么實現(xiàn)呀？回去一頓惡補痢甘，查資料喇嘱，看Base64源碼，最后終于將Base32實現(xiàn)了塞栅。
Base64是干什么用的
要寫B(tài)ase32者铜，就要先理解Base64，那么Base64是干什么用的呢放椰？為什么要有Base64呢作烟？這個是根本原因，把Base64產(chǎn)生的過程搞清楚了砾医，那么Base32拿撩，我們就可以依葫蘆畫瓢了。
我們知道在計算機中藻烤，數(shù)據(jù)的單位是字節(jié)byte绷雏，它是由8位2進制組成的，總共可以有256個不同的數(shù)怖亭。那么這些二進制的數(shù)據(jù)要怎么進行傳輸呢涎显？我們要將其轉(zhuǎn)化為ASCII字符，ASCII字符中包含了33個控制字符（不可見）和95個可見字符兴猩，我們?nèi)绻軐⑦@些二進制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成這95個可見字符期吓，就可以正常傳輸了。于是，我們從95個字符中讨勤，挑選了64個箭跳，將2進制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為這個64個可見字符，這樣就可以正常的傳輸了潭千，這就是Base64的由來谱姓。那這64個字符是什么呢？
這就是Base64的那64個字符刨晴。那么如果我們要實現(xiàn)Base32呢屉来？對了，我們要挑選出32個可見字符狈癞，具體如下：
private static final char[] toBase32 = {
'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M',
'N', 'O', 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z',
'0', '1', '2', '3', '4', '5'
};
我們挑選了大寫的A-Z茄靠，再加上0-5，一共32個可見字符蝶桶。
Base32是什么規(guī)則
好了慨绳，32個可見字符已經(jīng)選好了，接下來就是將2進制轉(zhuǎn)化成這32個字符的過程真竖。我們先來看一下Base64是一個什么樣的轉(zhuǎn)化過程脐雪，我們一個字節(jié)是8位，而64是2的6次方恢共，也即是一個字節(jié)（8位）的數(shù)據(jù)喂江，我們要截取其中的6位進行編碼，取到其可見字符旁振。那么剩余的2位數(shù)怎么辦呢获询？它將和下一個自己的前4位組成一個6位的數(shù)據(jù)進行編碼。那么我們需要多少字節(jié)才能得到一個完整的不丟位的編碼呢拐袜？我們要取6和8的最小公倍數(shù)吉嚣，也就是24，24位恰好是3個字節(jié)蹬铺，如果取6位進行編碼尝哆，則可以取到4個編碼。我們看看下面的圖就可以更好地理解了甜攀，
- M秋泄，a，n對應(yīng)的ASCII碼分別是77规阀，97恒序，110。
- 對應(yīng)的二進制是01001101谁撼，01100001歧胁，01101110。
- 然后我們按照6位截取，恰好能夠截取4個編碼喊巍，對應(yīng)的6位二進制分別為：010011屠缭，010110，000101崭参，101110呵曹。
- 對應(yīng)的64位編碼為：T，W何暮，F(xiàn)逢并，u。
同理郭卫，如果我們要實現(xiàn)Base32怎么辦呢？32是2的5次方背稼，那么我們再進行2進制截位時贰军，要一次截取5位。那么一個字節(jié)8位蟹肘，截取了5位词疼，剩下的3位怎么辦？同理和下一個字節(jié)的前2位組成一個新的5位帘腹。那么多少個字節(jié)按照5位截取才能不丟位呢贰盗？我們要取5和8的最小公倍數(shù)，40位阳欲，按照5位截取舵盈，正好得到8個編碼。40位球化，正好5個字節(jié)秽晚，所以我們要5個字節(jié)分為一組，進行Base32的編碼筒愚。如下圖：
對比前面的Base64赴蝇，Base32就是按照5位去截取，然后去編碼表中找到對應(yīng)的字符巢掺。好了句伶，原理我們明白了，下面進入程序階段陆淀。
寫程序階段
原理明白了考余，程序怎么寫呢？這也就是程序猿的價值所在轧苫，把現(xiàn)實中的規(guī)則秃殉、功能、邏輯用程序把它實現(xiàn)。但是實現(xiàn)Base32也是比較難的钾军，不過有先人給我們留下了Base64鳄袍，我們參照Base64去實現(xiàn)Base32就容易多了。
Base32編碼
首先吏恭，我們要根據(jù)輸入字節(jié)的長度拗小，確定返回字節(jié)的長度，以上面為例樱哼，輸入字節(jié)的長度是5哀九，那么Base32轉(zhuǎn)碼后的字節(jié)長度就是8。那么如果輸入字節(jié)的長度是1搅幅，返回結(jié)果的字節(jié)長度是多少呢阅束？這就需要補位了，也就是說輸入字節(jié)的長度不是5的倍數(shù)茄唐，我們要進行補位息裸，將其長度補成5的倍數(shù)，這樣編碼以后沪编，返回字節(jié)的長度就是8的倍數(shù)呼盆。這樣做，我們不會丟失信息蚁廓，比如访圃，我們只輸入了一個字節(jié)，是8位相嵌，編碼時腿时，截取了前5位，那么剩下的后3位怎么辦饭宾？不能舍棄吧圈匆，我們要在其后面補足40位，補位用0去補捏雌，前面截取有剩余的位數(shù)再加上后面補位的0跃赚，湊成5位，再去編碼性湿。其余的纬傲，全是0的5位二進制，我們編碼成“=”肤频，這個和Base64是一樣的叹括。
好了，我們先來看看編碼后返回字節(jié)的長度怎么計算宵荒。
//返回結(jié)果的數(shù)組長度
int rLength = 8 * ((src.length + 4) / 5);
//返回結(jié)果
byte[] result = new byte[rLength];
- 其中src是輸入的字節(jié)數(shù)組汁雷；
- 返回長度的公式我們要仔細看一下净嘀，對5取整，再乘以8侠讯，這是一個最基本的操作挖藏，我們用上面的例子套一下，輸入字節(jié)的長度是5個字節(jié)厢漩，8*(5/5) = 8膜眠，需要返回8個字節(jié)。我們再來看看加4的作用溜嗜，比如我們輸入的是1個字節(jié)宵膨，那么返回幾個字節(jié)呢？按照前面的要求炸宵，如果二進制長度不滿40位辟躏，要補滿40位，也就是輸入字節(jié)的長度要補滿成5的整數(shù)倍土全。這里先加4再對5取整捎琐，就可以補位后可以進行完整編碼的個數(shù)，然后再乘以8涯曲，得到返回的字節(jié)數(shù)。大家可以隨便想幾個例子在塔，驗證一下結(jié)果對不對幻件。
- 然后我們定義返回結(jié)果的數(shù)組。
返回結(jié)果的數(shù)組長度已經(jīng)確定了蛔溃，接下來我們做什么呢绰沥？當(dāng)然是編碼的工作了，這里我們分為兩個步驟：
- 先處理可以正常進行編碼的那些字節(jié)贺待，也就是滿足5的倍數(shù)的那些字節(jié)徽曲，這些字節(jié)可以進行5字節(jié)到8字節(jié)轉(zhuǎn)換的，不需要進行補位麸塞。
- 然后處理最后幾位秃臣，這些是需要補位的，將其補成5個字節(jié)哪工。
編碼的步驟已經(jīng)確定了奥此，下面要確定可以正常編碼的字節(jié)長度，以及需要補位的長度雁比，如下：
//正常轉(zhuǎn)換的長度
int normalLength = src.length / 5 * 5;
//補位長度
int fillLength = (5 - (src.length % 5)) % 5;
又是兩個計算公式稚虎，我們分別看一下：
- 可以正常編碼的字節(jié)長度，對5取整偎捎，再乘以5蠢终，過濾掉最后不滿足5的倍數(shù)的字節(jié)序攘，這些過濾掉的字節(jié)需要補位酒唉，滿足5個字節(jié)西潘；
- 這一步就是計算最后需要補幾位才能滿足5的倍數(shù)，最后可以得到需要補位的長度艰垂，如果輸入字節(jié)的長度恰好是5的倍數(shù)兜喻，不需要補位梦染，則計算的結(jié)果是0，大家可以驗證一下這兩個公式朴皆。
接下來帕识，我們處理一下可以正常編碼的字節(jié)，如下：
//輸入字節(jié)下標(biāo)
int srcPos = 0;
//返回結(jié)果下標(biāo)
int resultPos = 0;
while (srcPos < normalLength) {
long bits = ((long)(src[srcPos++] & 0xff)) << 32 |
(src[srcPos++] & 0xff) << 24 |
(src[srcPos++] & 0xff) << 16 |
(src[srcPos++] & 0xff) << 8 |
(src[srcPos++] & 0xff);
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(int)((bits >> 35) & 0x1f)];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(int)((bits >> 30) & 0x1f)];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(int)((bits >> 25) & 0x1f)];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(int)((bits >> 20) & 0x1f)];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(int)((bits >> 15) & 0x1f)];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(int)((bits >> 10) & 0x1f)];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(int)((bits >> 5) & 0x1f)];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(int)(bits & 0x1f)];
}
- 我們先定義輸入字節(jié)的下標(biāo)和返回結(jié)果的下標(biāo)遂铡，用作取值與賦值肮疗；
- 再寫個while循環(huán)，只要輸入的字節(jié)下標(biāo)在正常轉(zhuǎn)換的范圍內(nèi)扒接，就可以正常的編碼伪货；
- 接下來看看while循環(huán)的處理細節(jié)，我們先要將5個字節(jié)拼成一個40位的二進制钾怔，在程序中碱呼，我們通過位移運算和
|或運算得到一個long型的數(shù)字，當(dāng)然它的二進制就是我們用5個字節(jié)拼成的宗侦。 - 這里有個坑要和大家說明一下愚臀，我們第一個字節(jié)位移的時候用long轉(zhuǎn)型了，為什么矾利？因為int型在Java中占4個字節(jié)姑裂，32位，我們左移32位后男旗，它會回到最右側(cè)的位置舶斧。而long占64位，我們左移32位是不會循環(huán)的察皇。這一點大家要格外注意茴厉。
- 接下來就是將這40位的二進制進行分拆，同樣通過位移操作什荣，每次從左側(cè)截取5位呀忧，我們分別向右移動35、30溃睹、25而账、20、15因篇、10泞辐、5笔横、0，然后將其和
0x1f進行與操作咐吼，0x1f是一個16進制的數(shù)吹缔，其二進制是0001 1111，對了锯茄，就是5個1厢塘，移位后和0x1f進行與操作，只留取最右側(cè)的5位二進制肌幽，并計算其數(shù)值晚碾，然后從32位編碼表中找到對應(yīng)的字符。
可以正常編碼的部分就正常結(jié)束了喂急，大家要多多理解位移符號的運用格嘁。接下來，我們再看看結(jié)尾字節(jié)的處理廊移。先上代碼：
if (fillLength > 0) {
switch (fillLength) {
case 1:
int normalBits1 = (src[srcPos] & 0xff) << 24 |
(src[srcPos+1] & 0xff) << 16 |
(src[srcPos+2] & 0xff) << 8 |
(src[srcPos+3] & 0xff);
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits1 >> 27) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits1 >> 22) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits1 >> 17) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits1 >> 12) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits1 >> 7) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits1 >> 2) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits1 << 3) & 0x1f];
result[resultPos++] = '=';
break;
case 2:
int normalBits2 = (src[srcPos] & 0xff) << 16 |
(src[srcPos+1] & 0xff) << 8 |
(src[srcPos+2] & 0xff);
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits2 >> 19) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits2 >> 14) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits2 >> 9) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits2 >> 4) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits2 << 1) & 0x1f];
result[resultPos++] = '=';
result[resultPos++] = '=';
result[resultPos++] = '=';
break;
case 3:
int normalBits3 = (src[srcPos] & 0xff) << 8 |
(src[srcPos+1] & 0xff);
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits3 >> 11) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits3 >> 6) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits3 >> 1) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits3 << 4) & 0x1f];
result[resultPos++] = '=';
result[resultPos++] = '=';
result[resultPos++] = '=';
result[resultPos++] = '=';
break;
case 4:
int normalBits4 = (src[srcPos] & 0xff) ;
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits4 >> 3) & 0x1f];
result[resultPos++] = (byte) toBase32[(normalBits4 << 2) & 0x1f];
result[resultPos++] = '=';
result[resultPos++] = '=';
result[resultPos++] = '=';
result[resultPos++] = '=';
result[resultPos++] = '=';
result[resultPos++] = '=';
break;
}
}
-
fillLength就是需要補位的位數(shù)糕簿，如果等于0，我們就不需要補位了狡孔。大于0就需要進行補位懂诗。 - 需要補位的情況，我們分為4種苗膝，分別為：補1位殃恒、補2位、補3位和補4位荚醒。
- 我嗯先看看補1位的情況芋类，需要補1位隆嗅，說明之前剩下4個字節(jié)界阁，我們先將這4個字節(jié)拼起來，那么第一個字節(jié)要向左移動24位胖喳，這個和正常情況下第一個字節(jié)向左移動的位數(shù)是不一樣的泡躯。剩余的字節(jié)分別向左移動相應(yīng)的位數(shù)，大家可以參照程序計算一下丽焊。
- 然后將得到的32位二進制數(shù)较剃，從最高位每次截取5位，每次向右移動位數(shù)分別為27技健、22写穴、17、12雌贱、7啊送、2偿短，注意，最后剩下2位馋没，不足5位昔逗，我們要向左移動3位。移位后要和
0x1f進行與操作篷朵，這個作用和前面是一樣的勾怒，這里不贅述了。然后將得到的數(shù)字在32位編碼表中声旺，去除對應(yīng)的字符笔链。 - 剩下的位數(shù)我們統(tǒng)一使用
=進行補位。 - 其他的需要補1位艾少、補2位和補3位的情況卡乾，我們重復(fù)步驟3-步驟5，里邊具體的移動位數(shù)有所區(qū)別缚够，需要大家仔細計算幔妨。
整個的編碼過程到這里就結(jié)束了，我們將result數(shù)組返回即可谍椅。
總結(jié)
到這里误堡，Base32的編碼就實現(xiàn)了，大家可以運行一下雏吭，這里就不演示了锁施。整個的實現(xiàn)過程大家感覺怎么樣，我們總結(jié)一下杖们，
- 原理悉抵，不知道其原理，我們就沒有辦法寫程序摘完。
- 定義32位字符編碼表姥饰，大家可以根據(jù)個人喜好進行定義，沒有標(biāo)準(zhǔn)孝治，只要是可見字符就可以列粪。
- 寫程序時，要注意正常位數(shù)的計算谈飒，補位位數(shù)的計算岂座，以及左移右移，都是需要大家仔細思考的杭措。
好了费什，Base32編碼的過程就結(jié)束了，還缺少解碼的過程手素，我們有時間再補上吧～
