Base64在我看来很重要的一个用途是将复杂的码比如GBK、UTF8、MIME等复杂的码，变成单字节的简单ASCII字符，便于在各种不同环境（计算机）之间传递信息。这很好理解，只要是计算机，必须得支持ASCII标准，但不一定支持其它编码。
Base64的编码过程是将每三个字节即24个bit，变成以6个bit为一组的组集，共有24/6=4组。每个组的6个bit最高能表示2^6即64个数，这也是Base64的由来。这64个数的表示区间为[0，63]，建立一个字符索引表，输入值为[0，63]，输出表中对应字符。不同的Base64变种在编码过程主要是索引表不一样。（可能你有个疑问，每轮需要3个byte，这必须使得需要编码的byte长度整除3，不整除3怎么办？后面后讲到）。
如图所示，3个byte用红、紫、绿表示，4个组A=A1 A2 A3 A4 A5 A6，B= B1 B2 B3 B4 B5 B6，C= C1 C2 C3 C4 C5 C6，D = D1 D2 D3 D4 D5 D6。因为在绝大多数语言中，byte都为最小操作单元，所以这四个组的输出byte值将会是A’ = 0 0 A1 A2 A3 A4 A5 A6，B’ = 0 0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 ， C’= 0 0 C1 C2 C3 C4 C5 C6，D’ = 0 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6。一个byte只需要用到其中的6个bit，当然最高两位要置0了。
应用一点点计算机编码知识，假设红byte为R，紫byte为P，绿byte为G，那么：
- A’ = R >> 2，红byte右移两位，表示A取R的高六位。
- B’ = (R << 4 & 0x3F) | P >> 4。R左移4位变为A5 A6 B1 B2 0 0 0 0，看B’的红色部分高两位为零，所以要 & 上0x3f，因为0x3f的二进制表示为0 0 1 1 1 1 1 1，这样就变成 0 0 B1 B2 0 0 0 0 。P >> 4将P的高四位变为低四位，高四位置0，变为0 0 0 0 B3 B4 B5 B6。很显然 0 0 B1 B2 0 0 0 0 | 0 0 0 0 B3 B4 B5 B6 = 0 0 B1 B2 B3 B4 B5 B6
- C’ = (P << 2 & 0x3F) | G >> 6。P左移2位变为B5 B6 C1 C2 C3 C3 C4 0 0，看C’的红色部分高两位为零，所以要 & 上0x3f，这样值为0 0 C1 C2 C3 C3 C4 0 0。G右移6位为 0 0 0 0 0 0 C5 C6。很显然 0 0 C1 C2 C3 C3 C4 0 0 | 0 0 0 0 0 0 C5 C6 = 0 0 C1 C2 C3 C4 C5 C6。
- D’ = G & 0x3F。只需将G的高两位C5，C6置0，就是0 0 D1 D2 D3 D4 D5 D6。
不能整除3怎么办？
上面讲的是byte长度能整除3，实际只有1/3概率可整除，另两个1/3是余数为1和余数为2。对于不整除的情况，Base64的做法是补齐，不是补齐byte，而是补齐编码之后的子串，使编码字串能够被4整除，因为解码只能是4个字符解成3个byte。补齐字串用了第65个字符 = 即等号。下面分别描述。
余数为1的情况
余数为1也就是上图只能剩红byte R了，那么：
- A’ = R >> 2。这个保持不变。
- B’ = R << 4 & 0x3F。P没有了，只能取R的最低两位了。
- C’ = '='，即C’为填充字符= 。
- D’ = '='，即D’为填充字符= 。
余数为2的情况
余数为2也就是上图有红byte R，紫byte P，绿byte G没有了。那么：
- A’ = R >> 2。这个保持不变。
- B’ = (R << 4 & 0x3F) | P >> 4。这个也保持不变。
- C’ = P << 2 & 0x3F。因为G没有了，只能取P的低四位。
- D’ = '='，即D’为填充字符= 。
前面讲到，不同Base64编码只是字符索引表不一样，最正宗的Base64使用了如下字符索引表。
/* 索引 0 ~ 5*/
/* 索引6 ~ 18*/
/* 索引 19 ~ 31*/
/* 索引 32 ~ 44*/
/* 索引 45 ~ 57*/
/* 索引58 ~ 63*/