前言

最近接触的项目有一个小功能是在服务器(C++)和客户端(Python)之间传输图片，开始这部分是由另外一位同学完成的。但由于服务器是用C++写的，他不是很熟悉，所以让我来完成这部分功能。在项目中遇到了传输问题，还有文件输入输出的问题(又要复习了)。

Base64

Base64的定义(来源于百度百科)：Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节码的编码方式之一，Base64是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的方法。Base64编码是从二进制到字符的过程，可用于在HTTP环境下传递较长的标识信息。例如，在Java Persistence系统Hibernate中，就采用了Base64来将一个较长的唯一标识符（一般为128-bit的UUID）编码为一个字符串，用作HTTP表单和HTTP GET URL中的参数。在其他应用程序中，也常常需要把二进制数据编码为适合放在URL（包括隐藏表单域）中的形式。此时，采用Base64编码具有不可读性，需要解码后才能阅读。Base64由于以上优点被广泛应用于计算机的各个领域，然而由于输出内容中包括两个以上“符号类”字符（+, /, =)，不同的应用场景又分别研制了Base64的各种“变种”。其原理是选出64个字符——小写字母a-z、大写字母A-Z、数字0-9、符号”+”、”/”（再加上作为垫字的”=”，实际上是65个字符）——作为一个基本字符集。然后，其他所有符号都转换成这个字符集中的字符。

在完成这个项目的时候我也查阅了很多资料，也在CSDN上看了几篇文章。看到别人也做过用Base64对图片进行编解码。使用博主提供的代码并没有完成相应的功能，之后自己复习了C/C++的文件输入输出才找到了问题。不多说了，下面先将代码附上，再说遇到的问题。这里我就不写成服务器的代码了，相当于一个小Demo，只是为了展示编解码的功能。

C++实现Base64

代码如下：

#include <iostream>#include <string>#include <cstring>#include <fstream>#include <malloc.h>using namespace std;static const std::string base64_chars ="ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ""abcdefghijklmnopqrstuvwxyz""0123456789+/";static inline bool is_base64(const char c){return (isalnum(c) || (c == '+') || (c == '/'));}std::string base64_encode(const char * bytes_to_encode, unsigned int in_len){std::string ret;int i = 0;int j = 0;unsigned char char_array_3[3];unsigned char char_array_4[4];while (in_len--){char_array_3[i++] = *(bytes_to_encode++);if(i == 3){char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;for(i = 0; (i <4) ; i++){ret += base64_chars[char_array_4[i]];}i = 0;}}if(i){for(j = i; j < 3; j++){char_array_3[j] = '\0';}char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;for(j = 0; (j < i + 1); j++){ret += base64_chars[char_array_4[j]];}while((i++ < 3)){ret += '=';}}return ret;}std::string base64_decode(std::string const & encoded_string){int in_len = (int) encoded_string.size();int i = 0;int j = 0;int in_ = 0;unsigned char char_array_4[4], char_array_3[3];std::string ret;while (in_len-- && ( encoded_string[in_] != '=') && is_base64(encoded_string[in_])) {char_array_4[i++] = encoded_string[in_]; in_++;if (i ==4) {for (i = 0; i <4; i++)char_array_4[i] = base64_chars.find(char_array_4[i]);char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];for (i = 0; (i < 3); i++)ret += char_array_3[i];i = 0;}}if (i) {for (j = i; j <4; j++)char_array_4[j] = 0;for (j = 0; j <4; j++)char_array_4[j] = base64_chars.find(char_array_4[j]);char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];for (j = 0; (j < i - 1); j++) ret += char_array_3[j];}return ret;}int main(int argc, char** argv){fstream f;f.open("test.jpg", ios::in|ios::binary);f.seekg(0, std::ios_base::end);//设置偏移量至文件结尾std::streampos sp = f.tellg();//获取文件大小int size = sp;char* buffer = (char*)malloc(sizeof(char)*size);f.seekg(0, std::ios_base::beg);//设置偏移量至文件开头f.read(buffer,size);//将文件内容读入buffercout << "file size:" << size << endl;string imgBase64 = base64_encode(buffer, size); //编码cout << "img base64 encode size:" << imgBase64.size() << endl;string imgdecode64 = base64_decode(imgBase64);//解码cout << "img decode size:" << imgdecode64.size() << endl;const char *p = imgdecode64.c_str();std::ofstream fout("D:/result.jpg", ios::out|ios::binary);if (!fout){cout << "error" << endl;}else{cout << "Success!" << endl;fout.write(p, size);}fout.close();return 0;}

使用上面代码，可以完成编解码的功能，但当我把它放到项目中去时，图片总是无法打开。最后找到了问题出在f.seekg(0, std::ios_base::end);。源代码为了得到图片文件的大小，将偏移量设置到了文件的结尾，而在将文件读入buffer时，没有将其设置到文件开始，导致最终读取的数据是错误的。解决的办法就是在读取数据前设置f.seekg(0, std::ios_base::beg);。

C++ I/O系统管理两个与一个文件相联系的指针。一个是读指针，它说明输入操作在文件中的位置；另一个是写指针，它下次写操作的位置。每次执行输入或输出时，相应的指针自动变化。所以，C++的文件定位分为读位置和写位置的定位，对应的成员函数是 seekg()和 seekp()，seekg()是设置读位置，seekp是设置写位置。它们最通用的形式如下：

istream&seekg(streamoffoffset,seek_dirorigin);ostream&seekp(streamoffoffset,seek_dirorigin);

streamoff定义于 iostream.h 中，定义有偏移量 offset 所能取得的最大值，seek_dir 表示移动的基准位置，是一个有以下值的枚举：

ios::beg： 文件开头ios::cur： 文件当前位置ios::end： 文件结尾file1.seekg(1234,ios::cur);//把文件的读指针从当前位置向后移1234个字节file2.seekp(1234,ios::beg);//把文件的写指针从文件开头向后移1234个字节

上述代码解码后得到的是字符串，所以我就直接fout << imgdecode64<< endl; 将数据写到文件中了。结果图片是能显示的，但比原本图片大1字节(‘\0’)。为了程序的正确性，这才改用fout.write(p, size);

输入/输出流总结可以看：C++学习笔记：(九)输入/输出流

当时没有发现是f.seekg(0, std::ios_base::end);的问题，我一度怀疑是编解码代码出错了，所以我改用C语言函数来读写图片编解码数据进行验证。

用C语言获取文件大小的方式：

int file_size(char* filename){FILE *fp=fopen(filename, "r");if(!fp) return -1;fseek(fp,0L,SEEK_END);int size=ftell(fp);fclose(fp);return size;}

上述方法利用fseek移动一个文件的存取位置到文件的末尾，然后利用ftell获得目前的文件访问位置。这种方法可以认为是一种间接的获取方式。虽说可以获得文件大小，但是有两个缺点。首先，ftell的返回值为long，在不同环境下占用的字节数也不同，这就可能存在long是四个字节的情况。此时，获取的文件大小就不能超过2G，否则就会出错。

但是，上述缺点在大多数情况下都没问题，超大文件还可以通过fsetpos和fgetpos获取文件大小。最致命的缺陷就是它需要加载文件到内存，然后跳转到文件末尾，这个操作非常耗时！可能在读取少量文件时体现不出，但是当文件达到上万个时，速度就会慢的要命，这种方法相当于把所有的文件都读到内存中一遍！

如果可能，尽量避免采用上述间接的方式获取文件大小。在linux下，还有一种更简单的方式，通过读取文件信息获得文件大小，速度也快很多。代码如下：

#include <sys/stat.h>int file_size2(char* filename){struct stat statbuf;stat(filename,&statbuf);int size=statbuf.st_size;return size;}

这种方式首先获得相关文件的状态信息，然后从状态信息中读取大小信息。由于没有读取文件的操作，所以操作速度非常快。强烈建议大家在linux下使用这种方式。

获取了文件的大小后，就可以使用fwrite()和fread()函数进行读写操作。

fwrite()原型：

size_t fwrite(const void * restrict ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE * restrict fp);

fwrite()函数将二进制数据写入文件。size_t类型是根据标准C类型定义的。它是sizeof运算符返回的类型，通常是unsigned int类型，不过具体的实现中可以选择其他类型。指针ptr是要写入的数据块的地址。Size表示要写入的数据块大小(以字节为单位)。Nmemb表示数据块的数目。像一般函数一样，fp指定要写入的文件。

例如，要保存一个256字节大小的数据对象(如一个数组)，可以这样做：char buffer[256];fwrite(buffer, 256, 1, fp); //这一调用将一块256字节大小的数据块从缓冲区写入到文件。要保存一个包含10个double值的数组，可以这样做：double earings[10];fwrite(earings, sizeof(double), 10, fp);//这一调用将earings数组中的数据写入文件，数据分成10块，每块都是double大小。fwrite()函数返回成功写入的数目，正常情况下，它与nmemb相等。

fread()原型：

size_t fread(void restrict ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE * restrict fp);

fread()函数与fwrite()函数的参数相同。这时，ptr为读入文件数据的内存存储地址，fp指定要读取的文件。例如：

double earings[10];fread(earings, sizeof(double), 10, fp); //该调用将10个double值复制到earings数组中。fread()函数返回成功读入的项目数，正常情况下，它与nmemb相等。

使用C语言fread()函数与fwrite()函数读写图片文件，然后编解码，保存的图片就能显示出来了。在确定编解码代码没有问题后，才开始细看上述代码中打开文件和读写文件的操作，最终找出了问题所在。以下代码是Base64的另一种实现方法，也是我尝试和验证过的方法。作为对C/C++文件操作的小总结，下面代码中使用多种方式对文件进行操作。

#include <iostream>#include <string>#include <cstring>#include <fstream>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <malloc.h>#include <sys/stat.h>using namespace std;/*** Base64 编码/解码*/class Base64{private:std::string _base64_table;static const char base64_pad = '=';public:Base64(){_base64_table = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/"; /*这是Base64编码使用的标准字典*/}/*** 这里必须是unsigned类型，否则编码中文的时候出错*/std::string Encode(const unsigned char * str,int bytes);std::string Decode(const char *str,int bytes);void Debug(bool open = true);};std::string Base64::Encode(const unsigned char * str,int bytes) {int num = 0,bin = 0,i;std::string _encode_result;const unsigned char * current;current = str;while(bytes > 2) {_encode_result += _base64_table[current[0] >> 2];_encode_result += _base64_table[((current[0] & 0x03) << 4) + (current[1] >> 4)];_encode_result += _base64_table[((current[1] & 0x0f) << 2) + (current[2] >> 6)];_encode_result += _base64_table[current[2] & 0x3f];current += 3;bytes -= 3;}if(bytes > 0){_encode_result += _base64_table[current[0] >> 2];if(bytes%3 == 1) {_encode_result += _base64_table[(current[0] & 0x03) << 4];_encode_result += "==";} else if(bytes%3 == 2) {_encode_result += _base64_table[((current[0] & 0x03) << 4) + (current[1] >> 4)];_encode_result += _base64_table[(current[1] & 0x0f) << 2];_encode_result += "=";}}return _encode_result;}std::string Base64::Decode(const char *str,int length) {//解码表const char DecodeTable[] ={-2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -1, -1, -2, -2, -1, -2, -2,-2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,-1, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, 62, -2, -2, -2, 63,52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, -2, -2, -2, -2, -2, -2,-2, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14,15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, -2, -2, -2, -2, -2,-2, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40,41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, -2, -2, -2, -2, -2,-2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,-2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,-2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,-2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,-2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,-2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,-2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2,-2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2, -2};int bin = 0,i=0,pos=0;std::string _decode_result;const char *current = str;char ch;while( (ch = *current++) != '\0' && length-- > 0 ){if (ch == base64_pad) { // 当前一个字符是“=”号/*先说明一个概念：在解码时，4个字符为一组进行一轮字符匹配。两个条件：1、如果某一轮匹配的第二个是“=”且第三个字符不是“=”，说明这个带解析字符串不合法，直接返回空2、如果当前“=”不是第二个字符，且后面的字符只包含空白符，则说明这个这个条件合法，可以继续。*/if (*current != '=' && (i % 4) == 1) {return NULL;}continue;}ch = DecodeTable[ch];//这个很重要，用来过滤所有不合法的字符if (ch < 0 ) { /* a space or some other separator character, we simply skip over */continue;}switch(i % 4){case 0:bin = ch << 2;break;case 1:bin |= ch >> 4;_decode_result += bin;bin = ( ch & 0x0f ) << 4;break;case 2:bin |= ch >> 2;_decode_result += bin;bin = ( ch & 0x03 ) << 6;break;case 3:bin |= ch;_decode_result += bin;break;}i++;}return _decode_result;}int file_size(char* filename){FILE *fp=fopen(filename, "r");if(!fp) return -1;fseek(fp,0L,SEEK_END);int size=ftell(fp);fclose(fp);return size;}int file_size2(char* filename){struct stat statbuf;stat(filename,&statbuf);int size=statbuf.st_size;return size;}int main(){string normal,normaltest,encoded,encodedtest;int i,len,datalen;FILE *fa, *fb;Base64 *base = new Base64();ifstream f;//使用两种方法打开文件f.open("test.jpg", ios_base::in | ios_base::binary);if( (fa = fopen("test.jpg", "ab+")) == NULL ){cout << "Error!" <<endl;}//使用三种方法获取文件大小int asd_file_size1 = file_size((char*)"test.jpg");cout << "File_size1:" << asd_file_size1 <<endl;int asd_file_size2 = file_size2((char*)"test.jpg");cout << "File_size2:" << asd_file_size2 <<endl;f.seekg(0, std::ios_base::end);std::streampos sp = f.tellg();int size_of_file = sp;cout << "File_size3:" << size_of_file << endl;unsigned char buffer1[15000];char buffer2[15000];//读取文件到buffer内f.seekg(0, std::ios_base::beg);//读之前先将偏移量设置到文件开头f.read((char*)buffer1, size_of_file);fread(buffer2, sizeof(char), asd_file_size1, fa);fclose(fa);const unsigned char* b, *c;//因为这个方法编码要求const unsigned char*，所以要将buffer转成相应的类型b = reinterpret_cast<const unsigned char*>(buffer1);c = reinterpret_cast<const unsigned char*>(buffer2);//编码encoded = base->Encode(b, size_of_file);encodedtest = base->Encode(c, size_of_file);cout << "Encode_Len:" << encoded.length() <<endl;cout << "Encodetest_Len:" << encodedtest.length() <<endl;//参数要求，转换成const char*后解码const char * str1 = encoded.c_str();const char * str2 = encodedtest.c_str();normal = base->Decode(str1, strlen(str2));normaltest = base->Decode(str2, strlen(str2));cout << "Decode_Len:" << normal.length() <<endl;cout << "Decodetest_Len:" << normaltest.length() <<endl;const char *qwe = normal.c_str();const char *asd = normaltest.c_str();ofstream foutasd("D:/teststringasd.jpg", ios_base::out|ios_base::binary);if (!foutasd){cout << "error" << endl;}else{cout << "Success!" << endl;foutasd.write(qwe, size_of_file);}foutasd.close();fb = fopen("D:/teststring.jpg", "wb+");fwrite(asd , size_of_file, 1, fb);fclose(fb);return 0;}

参考：/lrxing/p/5535601.html

/yutianzuijin/article/details/27205121

/m0_37263637/article/details/79559097