Python 内置模块 base64

导入 base64 模块

import base64

基本编码和解码

字符串的编码和解码

import base64

# 原始字符串
text = "Hello, 世界!"

# 编码：字符串 -> bytes -> base64
encoded_bytes = base64.b64encode(text.encode('utf-8'))
encoded_string = encoded_bytes.decode('ascii')
print(f"编码结果: {encoded_string}")

# 解码：base64 -> bytes -> 字符串
decoded_bytes = base64.b64decode(encoded_string)
decoded_string = decoded_bytes.decode('utf-8')
print(f"解码结果: {decoded_string}")

二进制数据的编码和解码

import base64

# 原始二进制数据
binary_data = b'\x48\x65\x6c\x6c\x6f\x20\x57\x6f\x72\x6c\x64'

# 编码
encoded = base64.b64encode(binary_data)
print(f"编码结果: {encoded}")
print(f"编码结果(字符串): {encoded.decode('ascii')}")

# 解码
decoded = base64.b64decode(encoded)
print(f"解码结果: {decoded}")

常用编码函数详解

标准 Base64 编码

import base64

data = b"Python base64 tutorial"

# b64encode() - 标准 Base64 编码
encoded = base64.b64encode(data)
print(f"标准编码: {encoded.decode()}")

# b64decode() - 标准 Base64 解码
decoded = base64.b64decode(encoded)
print(f"解码结果: {decoded.decode()}")

URL 安全的 Base64 编码

import base64

data = b"URL safe encoding test with special characters!"

# urlsafe_b64encode() - URL安全编码（用 - 和 _ 替代 + 和 /）
url_safe_encoded = base64.urlsafe_b64encode(data)
print(f"URL安全编码: {url_safe_encoded.decode()}")

# urlsafe_b64decode() - URL安全解码
url_safe_decoded = base64.urlsafe_b64decode(url_safe_encoded)
print(f"解码结果: {url_safe_decoded.decode()}")

# 对比标准编码
standard_encoded = base64.b64encode(data)
print(f"标准编码: {standard_encoded.decode()}")

Base32 编码

Base32 编码是一种将二进制数据转换为可打印字符的编码方式，它使用32个字符（A-Z和2-7）来表示数据，每个字符代表5个比特位。Base32 编码就是把二进制数据转换成可读性更好的字符串，方便在各种场景下使用和传输。

import base64

data = b"Base32 encoding example"

# b32encode() - Base32 编码
b32_encoded = base64.b32encode(data)
print(f"Base32编码: {b32_encoded.decode()}")

# b32decode() - Base32 解码
b32_decoded = base64.b32decode(b32_encoded)
print(f"解码结果: {b32_decoded.decode()}")

Base16 编码（十六进制）

Base16 编码，也称为十六进制编码，是一种将二进制数据转换为文本格式的编码方法。它使用16个字符（0-9和A-F）来表示每4个二进制位，使得二进制数据可以更容易地在文本环境中传输和存储。Base16编码后的数据量是原始数据的两倍

import base64

data = b"Hexadecimal encoding"

# b16encode() - Base16 编码
b16_encoded = base64.b16encode(data)
print(f"Base16编码: {b16_encoded.decode()}")

# b16decode() - Base16 解码
b16_decoded = base64.b16decode(b16_encoded)
print(f"解码结果: {b16_decoded.decode()}")

文件操作应用

图片文件的 Base64 编码

import base64

# 读取图片文件并编码
try:
    with open('example.jpg', 'rb') as image_file:
        image_data = image_file.read()
        encoded_image = base64.b64encode(image_data)
        
    # 保存为文本文件
    with open('encoded_image.txt', 'w') as text_file:
        text_file.write(encoded_image.decode('ascii'))
        
    print("图片编码完成")
except FileNotFoundError:
    print("图片文件不存在")

从 Base64 还原图片文件

import base64

# 从文本文件读取 Base64 数据并解码为图片
try:
    with open('encoded_image.txt', 'r') as text_file:
        encoded_data = text_file.read()
        
    # 解码并保存为图片
    decoded_data = base64.b64decode(encoded_data)
    with open('restored_image.jpg', 'wb') as image_file:
        image_file.write(decoded_data)
        
    print("图片还原完成")
except FileNotFoundError:
    print("编码文件不存在")

生成 Data URL

import base64
import mimetypes

def create_data_url(file_path):
    try:
        # 获取文件的 MIME 类型
        mime_type, _ = mimetypes.guess_type(file_path)
        if mime_type is None:
            mime_type = 'application/octet-stream'
        
        # 读取文件并编码
        with open(file_path, 'rb') as file:
            file_data = file.read()
            encoded_data = base64.b64encode(file_data).decode('ascii')
        
        # 生成 Data URL
        data_url = f"data:{mime_type};base64,{encoded_data}"
        return data_url
    except FileNotFoundError:
        return "文件不存在"

# 使用示例
data_url = create_data_url('example.png')
print(f"Data URL 前100个字符: {data_url[:100]}...")

HTTP 基本认证

import base64

def create_basic_auth_header(username, password):
    # 组合用户名和密码
    credentials = f"{username}:{password}"
    
    # 编码为 Base64
    encoded_credentials = base64.b64encode(credentials.encode('utf-8'))
    
    # 创建 Authorization 头
    auth_header = f"Basic {encoded_credentials.decode('ascii')}"
    return auth_header

# 使用示例
username = "user123"
password = "pass456"
auth_header = create_basic_auth_header(username, password)
print(f"Authorization 头: {auth_header}")

错误处理和注意事项

处理无效的 Base64 数据

import base64
import binascii

def safe_base64_decode(encoded_data):
    try:
        decoded = base64.b64decode(encoded_data)
        return decoded, None
    except binascii.Error as e:
        return None, f"Base64 解码错误: {e}"
    except Exception as e:
        return None, f"其他错误: {e}"

# 测试有效数据
valid_data = "SGVsbG8gV29ybGQ="
result, error = safe_base64_decode(valid_data)
if error:
    print(error)
else:
    print(f"解码成功: {result.decode()}")

# 测试无效数据
invalid_data = "Invalid@Base64!"
result, error = safe_base64_decode(invalid_data)
if error:
    print(error)
else:
    print(f"解码成功: {result.decode()}")

性能和内存注意事项

import base64

def encode_large_file_chunked(file_path, output_path, chunk_size=8192):
    """分块处理大文件的 Base64 编码"""
    try:
        with open(file_path, 'rb') as input_file, open(output_path, 'w') as output_file:
            while True:
                chunk = input_file.read(chunk_size)
                if not chunk:
                    break
                encoded_chunk = base64.b64encode(chunk).decode('ascii')
                output_file.write(encoded_chunk)
        print("大文件编码完成")
    except FileNotFoundError:
        print("输入文件不存在")

# 注意：这个示例需要实际的大文件来测试
# encode_large_file_chunked('large_file.bin', 'encoded_large_file.txt')

总结

base64 模块是 Python 中处理 Base64 编码的标准工具，主要用于：

1. 数据传输：在文本协议中安全传输二进制数据
2. 数据存储：将二进制数据存储为文本格式
3. 网络通信：HTTP 基本认证、Data URL 等
4. 数据处理：文件编码、图片处理等

使用时要注意编码后的数据大小会增加约33%，对于大文件建议使用分块处理以避免内存问题。选择合适的编码方式（标准 Base64、URL 安全、Base32 等）根据具体应用场景确定。