項目挑戰(zhàn)拓展項目之Base64編碼原理
說在前面
《浙江省普通高中學科教學指導意見》對“教學要求”的一個重要說明是“認識在真實問題活動情境中解決問題的重要教學價值，發(fā)展學生面對真實情境界定問題、抽象與建模、設計算法并解決問題的計算思維。”
將教材中的”問題與挑戰(zhàn)“、“問題與討論”、“實踐與體驗”、“思考與練習”、“項目挑戰(zhàn)”、“拓展項目”等活動合理地融入教學，使學生在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題，借助問題的探究，發(fā)展學生對算法和程序等核心學科概念的深入理解，并掌握相關方法和技能，進一步發(fā)展計算思維，形成利用計算思維解決問題的能力。
《信息技術必修一? 數(shù)據(jù)與計算》（浙教版）第一章 項目挑戰(zhàn)中有一個拓展項目“Base64編碼”，要求學生通過閱讀素材和查閱資料，理解Base64編碼原理，并實現(xiàn)ASCII字符串與Base64編碼字符串的相互轉(zhuǎn)換。
此項目涉及到進制轉(zhuǎn)換和編碼解碼等重要知識點，雖然難度較高，但是值得廣大師生研究。對其加以簡化和改編后，更可以命制不同難度的題目。
上面是按照三個字節(jié)來舉例說明的，如果字節(jié)數(shù)不足三個，又該如何處理呢？
一個字節(jié)：一個字節(jié)共8個二進制位，依舊按照規(guī)則進行分組。此時共8個二進制位，每6個一組，則第二組缺少4位，用0補齊，得到兩個Base64編碼，而后面兩組沒有對應數(shù)據(jù)，都用“=”補上。因此，上圖中“A”轉(zhuǎn)換之后為“QQ==”；
兩個字節(jié)：兩個字節(jié)共16個二進制位，依舊按照規(guī)則進行分組。此時總共16個二進制位，每6個一組，則第三組缺少2位，用0補齊，得到三個Base64編碼，第四組完全沒有數(shù)據(jù)則用“=”補上。因此，上圖中“BC”轉(zhuǎn)換之后為“QKM=”。
常見問題
仔細閱讀上述資料，回答下列問題：
（1）????字符”Love”的Base64編碼為多少？
（2）????若某字符的Base64編碼為”QW55”，則其原文是什么？
（3）????請編寫程序?qū)SCII字符串轉(zhuǎn)換成Base64編碼字符串。函數(shù)頭說明如下：
函數(shù)功能：將ASCII字符串轉(zhuǎn)換成Base64編碼字符串
函數(shù)名：ASCII_to_Base64(a)
參數(shù)表：a –– ASCII字符串。
返回值：Base64編碼字符串。
例1，當a ="Web"時，返回"V2Vi"；
例1，當a ="A"時，返回"QQ=="；
例3，當a ="AB"時，返回"QUI="。
（4）????請編寫程序?qū)ase64編碼字符串轉(zhuǎn)換成ASCII字符串。函數(shù)頭說明如下：
函數(shù)功能：將Base64編碼字符串轉(zhuǎn)換成ASCII字符串
函數(shù)名：Base64_to_ASCII(b)
參數(shù)表：b –– Base64編碼字符串。
返回值：ASCII字符串。
例1，當b ="V2Vi"時，返回"Web"；
例1，當b ="QQ=="時，返回"A"；
例3，當b ="QUI="時，返回"AB"。
參考代碼
#!/usr/bin/python3# 文件名: Base64編碼# 作者：巧若拙#?時間：2022-3-1'''描述：Base64編碼是使用64個可打印ASCII字符（A-Z、a-z、0-9、+、/）將任意字節(jié)序列數(shù)據(jù)編碼成ASCII字符串，另有“=”符號用作后綴用途。Base64將輸入字符串按字節(jié)切分，取得每個字節(jié)對應的二進制值（若不足8比特則高位補0），然后將這些二進制數(shù)值串聯(lián)起來，再按照6比特一組進行切分（因為2^6=64），最后一組若不足6比特則末尾補0。將每組二進制值轉(zhuǎn)換成十進制，然后在上述表格中找到對應的符號并串聯(lián)起來就是Base64編碼結果。由于二進制數(shù)據(jù)是按照8比特一組進行傳輸，因此Base64按照6比特一組切分的二進制數(shù)據(jù)必須是24比特的倍數(shù)（6和8的最小公倍數(shù)）。24比特就是3個字節(jié)，若原字節(jié)序列數(shù)據(jù)長度不是3的倍數(shù)時且剩下1個輸入數(shù)據(jù)，則在編碼結果后加2個=；若剩下2個輸入數(shù)據(jù)，則在編碼結果后加1個=。''''''函數(shù)功能：將二進制字符串長度湊成n的倍數(shù)，不足n位則高位補0函數(shù)名：to_Byte(bc, n)參數(shù)表：bc –– 二進制字符串；n –– 每組字符串的長度；返回值：高位補0后的二進制字符串，其長度位n的倍數(shù)。例1，當bc="101010101010"，n=8時，返回"0000101010101010"；例1，當bc="11010"，n=6時，返回"011010"；例3，當bc="110100"，n=6時，返回"110100"。'''def to_Byte(bc, n):m = (n - len(bc) % n) % n #前綴0數(shù)量，也可以寫成(n - len(bc)) % nans = '0' * mreturn ans + bc'''函數(shù)功能：將ASCII字符串轉(zhuǎn)換成Base64編碼字符串函數(shù)名：ASCII_to_Base64(a)參數(shù)表：a –– ASCII字符串。返回值：Base64編碼字符串。例1，當a = "Web"時，返回"V2Vi"；例1，當a = "A"時，返回"QQ=="；例3，當a = "AB"時，返回"QUI="。'''def ASCII_to_Base64(a):bite_code = [] #用來存儲二進制位for ch in a:ac = ord(ch) #ASCII 數(shù)值bc = to_Byte(bin(ac)[2:], 8) #將二進制字符串湊成整數(shù)個字節(jié)bite_code.append(bc)bite_code = "".join(bite_code) #拼接成二進制字符串n = len(bite_code) #二進制字符串長度ans = []c = 0while c + 24 <= n: #24位一組group = bite_code[c:c+24] #24位二進制數(shù)for k in range(0, 24, 6):i = int(group[k:k+6], 2)ans.append(Base64[i]) #轉(zhuǎn)換成Base64編碼c += 24m = (n - c)//8 #剩余字節(jié)數(shù)量，取值為1或2if m > 0:group = bite_code[c:] + '00' * (3-m)for k in range(0, 6*(m+1), 6):i = int(group[k:k+6], 2)ans.append(Base64[i])ans.extend(['='*(3-m)]) #缺失字節(jié)補上=return "".join(ans)'''函數(shù)功能：將Base64編碼字符串轉(zhuǎn)換成ASCII字符串函數(shù)名：Base64_to_ASCII(b)參數(shù)表：b –– Base64編碼字符串。返回值：ASCII字符串。例1，當b = "V2Vi"時，返回"Web"；例1，當b = "QQ=="時，返回"A"；例3，當b = "QUI="時，返回"AB"。'''def Base64_to_ASCII(b):pass #此處代碼就作為課后練習吧#主函數(shù)部分#創(chuàng)建Base64編碼表Base64 = [chr(ord("A")+i) for i in range(26)]Base64 += [chr(ord("a")+i) for i in range(26)]Base64 += [chr(ord("0")+i) for i in range(10)]Base64 += ['+','/']#測試代碼p = "A"b = ASCII_to_Base64(p)a = Base64_to_ASCII(b)print(p, b, a)p = "AB"b = ASCII_to_Base64(p)a = Base64_to_ASCII(b)print(p, b, a)p = "Web"b = ASCII_to_Base64(p)a = Base64_to_ASCII(b)print(p, b, a)p = "Love"b = ASCII_to_Base64(p)a = Base64_to_ASCII(b)print(p, b, a)print("QW55",Base64_to_ASCII("QW55"))
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