快速的base64编码和解码

计算机将数据存储为位流。像图像，音频或视频文件这样的二进制文件只允许包含任何比特序列。
但是，我们也经常使用文本格式; 例如，网页和电子邮件必须是文本。那么我们如何通过电子邮件发送图片？我们如何在网页中嵌入图像？一种可能性是指向一个独特的二进制文件。另一种常见的方法是直接在网页或电子邮件中使用base64嵌入二进制数据。Base64只是一个标准的文本格式，可以用来编码任何二进制输入。准确地说，base64代码总是一个有效的ASCII文本（因此它也是有效的UTF-8）。base64代码的每个字节包含6位数据。因此我们“浪费”每字节大约2位。因此，二进制文件的base64相当于大约33％。在实践中，这种规模的增长很少成为人们关注的问题。据我所知，电子邮件附件几乎总是被编码为base64。
在编写HTML时，我发现使用数据URI直接在HTML中编码图像非常方便。例如，在最近的一篇文章中，我在我的HTML代码中包含了一个PNG文件。Google等主要网站一直使用数据URI。它有一个小的缺点，即网页更大（显然），他们不能从图像缓存中受益。好的，你可以保存浏览器一个单独的网络请求。
如果您是Web开发人员，则可以使用Web Storage为应用程序创建客户端数据库。这个客户端数据库可以包含图像和任意数据，但是它必须全部是base64编码的。

大多数数据库引擎都支持二进制数据，但有些需要在某些时候将其编码为base64：MongoDB，Elasticsearch，Amazon SimpleDB和Amazon DynamoDB。我可能会缺少一些。
Base64通常用于密码学交换密钥。base64的一种形式也被用来传递任意数据作为URI的一部分。
值得庆幸的是，base64的编码和解码速度很快。但有些情况可能会成为问题。Matt Crane和Jimmy Lin发现在Amazon DynamoDB中解码来自base64的二进制属性很慢。
你能以多快的速度解码base64数据？在最近的英特尔处理器上，当使用像Chrome浏览器那样的快速解码器时，每个字节（从缓存）需要大约2个周期。这个快速解码器基本上是在查表。这比在缓存中复制数据慢得多（每个字节花费少于0.05个周期）。
这是你能做的最好的吗？
Alfred Klomp几年前就表示，使用矢量指令你可以做得更好。WojciechMuła，我和其他一些人（即Howard和Kurz）决定认真回顾这个问题。Muła有关于这个话题的网页。

最后我们发现，在最近使用向量指令的英特尔处理器上，最终可以将问题加速10倍，并且每个字节使用大约0.2个周期。这不仅仅是一个副本，更不可能是一个瓶颈。我应该指出，这个每个字节0.2个周期包括错误处理：解码器必须对输入进行解码和验证（例如，如果发现非法字符，解码应该中止）。
我们的研究代码是可用的，所以你可以重现我们的结果。我们的论文可从arXiv获得，并已被ACM交易网站接受发表。