Question

Base64 编码，顾名思义，是基于 64 个字符进行编码。规则如下：

1. Base64 字符集（以标准 Base64 为例, 26 大写, 26 小写, 10 数字，以及+、/）为 ABC...YZabc...yz012...89+/；
2. 每 6bit 为一组（2^6=64），即 每 3 个字节为 4 组 ；
3. 每组映射为一个 Base64 字符；

如果要编码的二进制数据不是 3 的倍数，最后会剩下 1 个或 2 个字节怎么办？**标准编码(StdEncoding)**会先在末尾用 0x00 补齐再分组，并将最后 2 个或 1 个 6bit 分组（全为 0 填充）映射为'='，表示补齐的 0 字节数量。

举个例子，以 0x12 34 ab cd 编码为标准 base64 为例：

1. 不足 3 的倍数，先用两个 0 字节补齐 -->0x12 34 ab cd 00 00
2. 0x12 34 ab 编码为 EjSr
3. 0xcd 00 00 二进制为 0b1100 1101 0000 0000 0000 0000，分为 4 组后为 110011 010000 000000 000000，编码结果为 zQ==
4. 最终编码结果为 EjSrzQ==

解码过程注意末尾字节的处理即可，此处不再赘述。

1. EjSrzQ==-->0x12 34 ab cd 00 00-->0x12 34 ab cd

标准编码中编码结果字符长度一定是 4 的倍数，且是原始数据字节数的 4/3 倍 ，因为会将字节数据补齐至 3 的倍数，每 3 个字节编码为 4 个字符。 在 ASCII 或 UTF-8 编码下，存储结果字符串需要的空间是原始数据的 4/3 倍，存储效率为 75% 。

根据字符集的不同，Base64 编码有几个变种，除了标准编码（StdEncoding），常见的还有 URL 编码（URLEncoding）、原始标准编码（RawStdEncoding）以及原始 URL 编码（RawUrlEncoded）。

简单来说，Raw 指的是无 Padding，URL 指的是用-和_取代编码结果中包含的 url 关键字+和/。不妨参考 Golang 中 encoding/base64 包中的描述：

// StdEncoding is the standard base64 encoding, as defined in
// RFC 4648.
var StdEncoding = NewEncoding(*encodeStd*)

// URLEncoding is the alternate base64 encoding defined in RFC 4648.
// It is typically used in URLs and file names.
var URLEncoding = NewEncoding(*encodeURL*)

// RawStdEncoding is the standard raw, unpadded base64 encoding,
// as defined in RFC 4648 section 3.2.
// This is the same as StdEncoding but omits padding characters.
var RawStdEncoding = StdEncoding.WithPadding(*NoPadding*)

// RawURLEncoding is the unpadded alternate base64 encoding defined in RFC 4648.
// It is typically used in URLs and file names.
// This is the same as URLEncoding but omits padding characters.
var RawURLEncoding = URLEncoding.WithPadding(*NoPadding*)

与标准编码不同的是， 原始编码中，字节数不足 3 的倍数时不会补齐字节数 ，采用如下方案：

1. 如果剩余 1 字节，则左移 4bit 后转换为 2 字符；
2. 如果剩余 2 字节，则左移 2bit 后转化为 3 字符；

即 原始编码方案中，结果字符串长度可以不是 4 的倍数 。

Hex 编码可以看成“Base16 编码”。随着字符数量的增加，存储效率也随之增加。如果有“Base256”编码，存储效率岂不就 100%了？很遗憾，主流字符编码中，单字节能表示的可打印字符只有 92 个。通过扩充多字节字符，或用组合字符实现 base256 意义不大。