Base64 编码与解码完全指南：附代码示例

Base64 编码是计算机领域最基础的数据编码方案之一。每天有数百万开发者使用 base64 encode 和 base64 decode 操作来嵌入图片到 HTML、通过文本协议传输二进制数据以及处理认证令牌。无论你需要一个快速的 base64 编码器来处理一次性任务，还是想深入理解算法，本综合指南涵盖了从底层 6 位映射到 JavaScript、Python、Bash 和 PowerShell 实际代码示例的所有内容。如果你想在线进行 base64 编码解码，我们的免费工具可以即时完成。

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什么是 Base64 编码？

Base64 是一种二进制到文本的编码方案，使用 64 个可打印 ASCII 字符来表示二进制数据。"Base64"这个名称来自它使用的 64 字符字母表：A-Z（26个）、a-z（26个）、0-9（10个）以及两个额外符号 + 和 /。第 65 个字符 = 用于填充。Base64 编码器以 3 字节（24 位）为一组处理输入数据，将其转换为 4 个 Base64 字符（4 x 6 位 = 24 位）。

该算法将每三个字节的输入拆分为四个 6 位组。每个 6 位值（范围 0 到 63）映射到 Base64 字母表中的一个字符。当输入长度不是三的倍数时，编码器添加 = 填充字符以确保输出长度始终是四的倍数。一个字节的余数产生两个 Base64 字符后跟 ==，两个字节的余数产生三个 Base64 字符后跟 =。

Base64 编码会使数据大小增加约 33%（4:3 的比率）。这种开销是为了能够通过纯文本通道（如电子邮件、JSON、XML 和 URL 查询参数）安全传输二进制数据而付出的代价。尽管体积增加，Base64 编码仍是标准选择，因为它简单、普遍支持，且不需要转义特殊字符。

Base64 编码/解码工作原理

让我们逐步演示 base64 编码过程，将 ASCII 字符串 Man 转换为 Base64：

结果是 TWFu。要 base64 解码此字符串，逆转过程：查表获取每个字符的 6 位值，连接所有位，再拆分为 8 位字节恢复原始数据。

填充示例：编码 Ma（仅 2 字节 = 16 位）产生位串 01001101 01100001。需要 18 位（三个 6 位组）对应三个 Base64 字符，因此追加两个零位：010011 | 010110 | 000100。映射为 TWE 加一个 = 填充，最终结果为 TWE=。对于单字节 M，结果是 TQ==，带两个填充字符。

常见 Base64 使用场景

Base64 编码在现代软件开发中无处不在。以下是最重要的使用场景：

数据 URI（Base64 编码图片）：你可以使用数据 URI 将图片直接嵌入 HTML 或 CSS，如 data:image/png;base64,iVBOR...。这消除了小图片（如图标、Logo 和缩略图）的额外 HTTP 请求。Base64 编码图片广泛用于电子邮件签名、单页应用和 CSS 精灵图。

电子邮件附件（MIME）：MIME 标准使用 Base64 编码电子邮件中的二进制附件。由于电子邮件协议（SMTP）最初设计为传输 7 位 ASCII 文本，图片、PDF 等二进制文件必须先进行 Base64 编码才能作为附件。

API 认证（HTTP Basic Auth）：HTTP 基本认证使用 Base64 编码 username:password 对，放入 Authorization: Basic 请求头。虽然 Base64 不是加密，但它确保凭据作为 ASCII 文本安全传输。始终使用 HTTPS 保护 Base64 编码的凭据。

JSON Web Token（JWT）：JWT 由三段 Base64URL 编码的部分组成：header.payload.signature。开发者经常需要 base64 解码 JWT 段进行调试和检查。

URL 安全数据传输：当需要通过 URL、Cookie 或查询参数传递二进制或结构化数据时，Base64 编码确保数据仅包含安全的 ASCII 字符。Base64URL 变体使用 - 和 _ 替代 + 和 /，专为 URL 上下文设计。

Base64 编码/解码代码示例

JavaScript Base64 编码/解码

在浏览器中，JavaScript base64 编码使用 btoa()，解码使用 atob()。Node.js 中使用 Buffer 类。注意 btoa() 只处理 Latin-1 字符；对于 Unicode 字符串，需要先编码为 UTF-8：

// ===== Browser: btoa() and atob() =====

// Base64 encode a string
const encoded = btoa('Hello World');
console.log(encoded); // "SGVsbG8gV29ybGQ="

// Base64 decode a string
const decoded = atob('SGVsbG8gV29ybGQ=');
console.log(decoded); // "Hello World"

// Handle Unicode strings (btoa only supports Latin-1)
function base64EncodeUnicode(str) {
  return btoa(encodeURIComponent(str).replace(
    /%([0-9A-F]{2})/g,
    (_, p1) => String.fromCharCode(parseInt(p1, 16))
  ));
}

function base64DecodeUnicode(str) {
  return decodeURIComponent(
    Array.from(atob(str))
      .map(c => '%' + c.charCodeAt(0).toString(16).padStart(2, '0'))
      .join('')
  );
}

base64EncodeUnicode('Hello 🌍');  // "SGVsbG8g8J+MjQ=="
base64DecodeUnicode('SGVsbG8g8J+MjQ=='); // "Hello 🌍"

// ===== Node.js: Buffer =====

// Encode
const buf = Buffer.from('Hello World', 'utf-8');
const b64 = buf.toString('base64');
console.log(b64); // "SGVsbG8gV29ybGQ="

// Decode
const original = Buffer.from(b64, 'base64').toString('utf-8');
console.log(original); // "Hello World"

// URL-safe Base64 in Node.js
const urlSafe = buf.toString('base64url');
console.log(urlSafe); // "SGVsbG8gV29ybGQ"

Python Base64 编码/解码

Python 中 base64 编码使用内置的 base64 模块。该模块提供标准 Base64、URL 安全 Base64 等多种变体的函数：

import base64

# Standard Base64 encode
text = "Hello World"
encoded = base64.b64encode(text.encode('utf-8'))
print(encoded)          # b'SGVsbG8gV29ybGQ='
print(encoded.decode())  # "SGVsbG8gV29ybGQ="

# Standard Base64 decode
decoded = base64.b64decode(encoded)
print(decoded.decode('utf-8'))  # "Hello World"

# URL-safe Base64 (replaces + with - and / with _)
url_encoded = base64.urlsafe_b64encode(text.encode('utf-8'))
print(url_encoded.decode())  # "SGVsbG8gV29ybGQ="

url_decoded = base64.urlsafe_b64decode(url_encoded)
print(url_decoded.decode('utf-8'))  # "Hello World"

# Encode a file (e.g., an image)
with open('image.png', 'rb') as f:
    image_b64 = base64.b64encode(f.read()).decode('utf-8')
    data_uri = f"data:image/png;base64,{image_b64}"

# Decode Base64 back to file
with open('output.png', 'wb') as f:
    f.write(base64.b64decode(image_b64))

Bash / Linux Base64 编码/解码

在 Linux 和 macOS 上，bash base64 编码使用 base64 命令行工具。这是从终端进行 linux base64 编码的最简方式：

# Base64 encode a string (Linux)
echo -n "Hello World" | base64
# Output: SGVsbG8gV29ybGQ=

# Base64 decode a string (Linux)
echo "SGVsbG8gV29ybGQ=" | base64 --decode
# Output: Hello World

# macOS uses -D instead of --decode
echo "SGVsbG8gV29ybGQ=" | base64 -D
# Output: Hello World

# Base64 encode a file
base64 image.png > image_b64.txt

# Base64 decode a file
base64 --decode image_b64.txt > restored_image.png

# Encode and use inline (e.g., for curl auth header)
AUTH=$(echo -n "user:password" | base64)
curl -H "Authorization: Basic $AUTH" https://api.example.com/data

# Pipe from/to files
cat document.pdf | base64 > document_b64.txt
cat document_b64.txt | base64 --decode > restored.pdf

# Wrap lines at 76 characters (MIME standard)
echo -n "Long text..." | base64 -w 76

PowerShell Base64 编码/解码

在 Windows PowerShell 中，base64 编码使用 .NET 的 [Convert] 类。PowerShell 默认使用 UTF-16LE 编码：

# PowerShell Base64 encode (UTF-16LE by default)
$text = "Hello World"
$bytes = [System.Text.Encoding]::UTF8.GetBytes($text)
$encoded = [Convert]::ToBase64String($bytes)
Write-Output $encoded
# Output: SGVsbG8gV29ybGQ=

# PowerShell Base64 decode
$decoded = [Convert]::FromBase64String($encoded)
$original = [System.Text.Encoding]::UTF8.GetString($decoded)
Write-Output $original
# Output: Hello World

# Encode a file to Base64
$fileBytes = [IO.File]::ReadAllBytes("C:\image.png")
$fileBase64 = [Convert]::ToBase64String($fileBytes)

# Decode Base64 to file
$decodedBytes = [Convert]::FromBase64String($fileBase64)
[IO.File]::WriteAllBytes("C:\restored.png", $decodedBytes)

# One-liner for encoding strings (UTF-8)
[Convert]::ToBase64String(
  [Text.Encoding]::UTF8.GetBytes("Hello World")
)

# Using UTF-16LE (default Windows encoding)
$utf16 = [Convert]::ToBase64String(
  [Text.Encoding]::Unicode.GetBytes("Hello World")
)
# Note: UTF-16LE produces different output than UTF-8

Base64 编码表

完整的 Base64 字母表将每个 6 位值（0-63）映射到一个可打印 ASCII 字符。这是 RFC 4648 定义的标准表：

Padding: =

Base64 URL 安全编码

标准 Base64 使用 + 和 / 字符，这些在 URL 中有特殊含义。Base64URL 编码用 URL 安全的替代字符：+ 变为 -（连字符），/ 变为 _（下划线）。此外，= 填充通常被省略，因为数据长度可以推断。

Base64URL 定义在 RFC 4648 第 5 节，是 JWT、OAuth 2.0 PKCE 代码验证器和许多现代 API 使用的编码。当你为 URL、查询参数或文件名进行 base64 编码时，始终使用 URL 安全变体以避免编码问题。

以下是标准 Base64 与 Base64URL 编码的对比：

// Standard Base64 vs Base64URL comparison

// Standard Base64 (RFC 4648 Section 4)
// Alphabet: A-Z, a-z, 0-9, +, /
// Padding:  = (required)
"Hello World?" → "SGVsbG8gV29ybGQ/"   // contains /
"subjects?"    → "c3ViamVjdHM/"       // contains /
"<<???>>"     → "PDw/Pz8+Pg=="        // contains + and =

// Base64URL (RFC 4648 Section 5)
// Alphabet: A-Z, a-z, 0-9, -, _
// Padding:  omitted (optional)
"Hello World?" → "SGVsbG8gV29ybGQ_"   // / replaced with _
"subjects?"    → "c3ViamVjdHM_"       // / replaced with _
"<<???>>"     → "PDw_Pz8-Pg"          // + → -, / → _, no padding

// JavaScript conversion between formats
function base64ToBase64Url(base64) {
  return base64
    .replace(/\+/g, '-')
    .replace(/\//g, '_')
    .replace(/=+$/, '');
}

function base64UrlToBase64(base64url) {
  let base64 = base64url
    .replace(/-/g, '+')
    .replace(/_/g, '/');
  // Add padding
  while (base64.length % 4 !== 0) {
    base64 += '=';
  }
  return base64;
}

Base64 图片编码

Base64 最流行的用途之一是将图片直接嵌入 HTML 和 CSS。当你 base64 编码图片文件时，会创建一个数据 URI 来替代图片 URL。格式为：data:[媒体类型];base64,[编码数据]。

Base64 编码图片的常见场景包括：HTML 邮件中的内联图片（外部 URL 可能被阻止）、直接嵌入 CSS 的小图标和 UI 元素（消除 HTTP 请求）、JSON API 响应中嵌入图片、以及单页应用中打包资源。

性能考虑：Base64 编码的图片比原始二进制文件大约大 33%。对于大于几 KB 的图片，通常以独立文件加适当缓存头的方式提供更高效。Base64 嵌入最适合小图片（10KB 以下）、内联 SVG 和需要减少 HTTP 请求的场景。

在 HTML 中使用 Base64 图片：

<!-- Inline Base64 image in HTML -->
<img src="data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAUA
AAAFCAYAAACNbyblAAAADElEQVQI12P4//8/AwAI/AL+hc2rNAAAAABJRU5E
rkJggg==" alt="Red dot" width="5" height="5" />

<!-- Base64 SVG in HTML -->
<img src="data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB4bWxucz0iaHR0cDov
L3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciIHdpZHRoPSIxMDAiIGhlaWdodD0iMT
AwIj48Y2lyY2xlIGN4PSI1MCIgY3k9IjUwIiByPSI0MCIgZmlsbD0icmVk
Ii8+PC9zdmc+" alt="Red circle" />

<!-- Base64 favicon -->
<link rel="icon" href="data:image/x-icon;base64,AAABAA..." />

在 CSS 中使用 Base64 图片：

/* Base64 background image in CSS */
.icon-check {
  background-image: url('data:image/svg+xml;base64,PHN2ZyB4bW...');
  background-size: contain;
  width: 24px;
  height: 24px;
}

/* Base64 cursor in CSS */
.custom-cursor {
  cursor: url('data:image/png;base64,iVBORw0KGgo...'), auto;
}

/* Base64 font in CSS (@font-face) */
@font-face {
  font-family: 'CustomFont';
  src: url('data:font/woff2;base64,d09GMgABAAAAAD...') format('woff2');
}

在 JavaScript（浏览器）中将图片转换为 Base64：

// Convert image file to Base64 data URI (browser)
function imageToBase64(file) {
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const reader = new FileReader();
    reader.onload = () => resolve(reader.result);
    reader.onerror = reject;
    reader.readAsDataURL(file);
  });
}

// Usage with file input
const input = document.querySelector('input[type="file"]');
input.addEventListener('change', async (e) => {
  const file = e.target.files[0];
  const dataUri = await imageToBase64(file);
  console.log(dataUri);
  // "data:image/png;base64,iVBORw0KGgo..."
});

// Convert canvas to Base64
const canvas = document.getElementById('myCanvas');
const base64Image = canvas.toDataURL('image/png');
// "data:image/png;base64,iVBORw0KGgo..."

// Node.js: encode image file to Base64
const fs = require('fs');
const imageBuffer = fs.readFileSync('photo.jpg');
const base64String = imageBuffer.toString('base64');
const dataUri = `data:image/jpeg;base64,${base64String}`;

常见问题

Base64 编码用于什么？

Base64 编码用于将二进制数据转换为 ASCII 文本，以便通过文本协议安全传输。最常见的场景包括：通过数据 URI 在 HTML/CSS 中嵌入图片、编码电子邮件附件（MIME）、在 JSON/XML API 中传输二进制数据、HTTP 基本认证头、JWT 以及在纯文本数据库或配置文件中存储二进制数据。

如何在 JavaScript 中 Base64 编码字符串？

在浏览器中，使用 btoa() 进行 Base64 编码：btoa("Hello World") 返回 "SGVsbG8gV29ybGQ="。解码使用 atob("SGVsbG8gV29ybGQ=") 返回 "Hello World"。对于 Unicode 字符串，先编码为 UTF-8：btoa(unescape(encodeURIComponent(text)))。在 Node.js 中，使用 Buffer.from("Hello World").toString("base64") 编码。

Base64 编码和加密一样吗？

不，Base64 编码不是加密。Base64 是一种可逆编码方案，任何人无需密钥即可解码。它不提供安全性，不应用于保护敏感数据。Base64 只是将二进制数据转换为文本格式以便安全传输。如果需要保护数据，请使用 AES-256 或 RSA 等加密算法。

Base64 编码是每个开发者的基础技能。从在数据 URI 中嵌入图片到调试 JWT 令牌，理解如何 base64 编码和解码数据对于现代 Web 开发至关重要。收藏本指南以备参考，并使用我们的免费在线工具进行即时编码和解码。

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