使用位移位运算符进行基转换

Question

我试图在C中将一些数据从十六进制转换为base64，我在网上找到了一个算法，但我真的很想知道它是如何工作的，而不是仅仅实现它并启动它。如果有人能解释一下下面的工作原理，我将不胜感激。我一直在读关于换挡操作员的文章，但我似乎不像我想的那样理解他们……对我来说，这并不是很简单。

for (x = 0; x < dataLength; x += 3) 
{
  /* these three 8-bit (ASCII) characters become one 24-bit number */
  n = data[x] << 16;

  if((x+1) < dataLength)
     n += data[x+1] << 8;

  if((x+2) < dataLength)
     n += data[x+2];

  /* this 24-bit number gets separated into four 6-bit numbers */
  n0 = (uint8_t)(n >> 18) & 63;
  n1 = (uint8_t)(n >> 12) & 63;
  n2 = (uint8_t)(n >> 6) & 63;
  n3 = (uint8_t)n & 63;

这段代码来自维基百科，它不是我的，我只是想了解一下比特转换，以及它是如何允许我转换数据的。

谢谢你的帮助，我真的很感激。

来源：Base64

Answer 1

首先，输入数据不是如您所说的十六进制。它只是以字节形式存储的数据。代码将给出它的base64表示(尽管您发布的代码缺少将n0、n1、n2、n3映射到可打印的ASCII字符的部分)。

假设输入的前三个字节是(在二进制表示中，每个字母表示0或1)：

abcdefgh, ijklmnop, qrstuvwx

代码的第一部分将它们组合成一个24位数字。这是通过向左移动前一个16位和向左移动第二个8位来完成的，并添加：

  abcdefgh0000000000000000      (abcdefgh << 16)
+ 00000000ijklmnop00000000      (ijklmnop << 8)
  0000000000000000qrstuvwx
  ------------------------
  abcdefghijklmnopqrstuvwx

然后，它通过移动和‘’ing‘将它分成四个6位数。例如，第二个数字是通过向右移动12位和用111111进行‘’ing‘计算的。

n     =   abcdefghijklmnopqrstuvwx

n>>12 =   000000000000abcdefghijkl
63    =   000000000000000000111111

And'ing gives:
          000000000000000000ghijkl

Answer 2

好的，这里有一点解释..。

datax是一个字符数组，char通常是8位。(随机8位数01010101) n是一个32位数，这里是一个随机32位数(010111110000111100001110000111111)认为有32位:)

记住n是32位，数据只有8位。让我们通过第一行

 n = data[x] << 16;

<<16优先于等号，因此它首先计算。

datax << 16意味着将数据集所代表的内存中的位向左移动。假设datax = 'a‘用内存中的01100001表示(1个字节)，那么让我们向左移动16位

n = 00000000 01100001 00000000 00000000

接下来我们有

if((x+1) < dataLength)
 n += data[x+1] << 8;

这意味着移动下一个字符datax+1 8位，并将其添加到n；因此，让我们首先移动它8位。

( I assumed it was 'a' again)
00000000 00000000 01100001 00000000 
(this is done in some register in your processor)

现在让我们将它添加到n中。

00000000 01100001 01100001 00000000

下一部分是

 if((x+2) < dataLength)
 n += data[x+2];

让我们在这里做同样的事情，注意没有位移动，因为最后的8位n是免费的！我们所需要做的就是将它添加到n中。

B= 01100010 (假定datax+2 = 'b')将其添加到n中

  00000000 01100001 01100001 01100010

很好，现在我们有一个24位数(实际上n是32位，但最后的24位是我们所需要的)。

下半部分

n0 = (uint8_t)(n >> 18) & 63; 
(take note n0 is only 8bits wide or a single unsigned byte)

take n and move it to the left by 18bits and "and" it with 63

n = 00000000 01100001 01100001 01100010
n moved 18bits to right is  00000000 00000000 00000000 00011000

now n is cast to an unsigned int of 8bits (uint8_t)

so now it becomes 00011000

last part is the & operator(bitwise and) 

    00011000 & 
    00111111
n0= 00011000 

现在为剩下的重复这一段