PHP 實作 BCD 編碼壓縮：十進位數字轉十六進位位元組陣列與還原

什麼是 BCD 編碼？

BCD（Binary-Coded Decimal，二進位編碼十進位） 是一種將十進位數字的每一位（0-9）以 4 位元二進位（半個位元組）儲存的編碼方式。例如十進位 91 在 BCD 中表示為 1001 0001（十六進位 0x91），比純二進位儲存更直觀，常用於金融、電信、嵌入式系統等需精確十進位運算的領域。

本文示範 PHP 實作 BCD 壓縮與還原：將字串形式的十進位數字（如 "0091"）壓縮為位元組陣列（[0, 145] 即 0x00, 0x91），並支援反向還原。

核心類別：Bytes 工具類

<?php
/**
 * PHP BCD 編碼工具類
 * 功能：十進位字串 ⇄ 十六進位位元組陣列 互轉
 * 
 * 範例："0091" → [0, 145] (0x00, 0x91) → 還原 "0091"
 */
class Bytes {
    
    /**
     * 字串轉 ASCII 碼陣列
     * @param string $string 輸入字串
     * @return array ASCII 碼陣列
     */
    public static function getBytes($string) {
        $bytes = array();
        for ($i = 0; $i < strlen($string); $i++) {
            $bytes[] = ord($string[$i]);
        }
        return $bytes;
    }
    
    /**
     * 位元組陣列轉十六進位字串
     * @param array $bytes 位元組陣列
     * @return string 十六進位字串
     */
    public static function toStr($bytes) {
        $str = '';
        foreach ($bytes as $ch) {
            $str .= bin2hex(chr($ch));
        }
        return $str;
    }
    
    /**
     * ASCII 碼陣列轉 BCD 十六進位陣列（壓縮）
     * 每 2 個 ASCII 字元壓縮為 1 個位元組
     * 
     * @param array $asc ASCII 碼陣列
     * @param int $AscLen 陣列長度
     * @return array BCD 十六進位陣列
     */
    public static function AscToHex($asc, $AscLen) {
        $i = 0;
        $Hex = array();
        
        for ($i = 0; 2 * $i < $AscLen; $i++) {
            // 高 4 位：第一個字元
            $Hex[$i] = (chr($asc[2 * $i]) << 4);
            
            // 處理 A-F 字元（ASCII 65-70, 97-102）
            if (!(chr($asc[2 * $i]) >= '0' && chr($asc[2 * $i]) <= '9')) {
                $Hex[$i] += 0x90;
            }
            
            // 若無第二個字元則結束
            if (2 * $i + 1 >= $AscLen) {
                break;
            }
            
            // 低 4 位：第二個字元
            $Hex[$i] |= (chr($asc[2 * $i + 1]) & 0x0f);
            
            if (!(chr($asc[2 * $i + 1]) >= '0' && chr($asc[2 * $i + 1]) <= '9')) {
                $Hex[$i] += 0x09;
            }
        }
        return $Hex;
    }
    
    /**
     * BCD 十六進位陣列轉 ASCII 碼陣列（還原）
     * 每 1 個位元組還原為 2 個 ASCII 字元
     * 
     * @param array $Hex BCD 十六進位陣列
     * @param int $HexLen 陣列長度
     * @return array ASCII 碼陣列
     */
    public static function HexToAsc($Hex, $HexLen) {
        $i = 0;
        $Temp = 0;
        $Asc = array();
        
        for ($i = 0; $i < $HexLen; $i++) {
            // 取高 4 位
            $Temp = ($Hex[$i] & 0xf0) >> 4;
            if ($Temp < 10) {
                $Asc[2 * $i] = (0x30 + $Temp); // '0'-'9'
            } else {
                $Asc[2 * $i] = (0x37 + $Temp); // 'A'-'F'
            }
            
            // 取低 4 位
            $Temp = $Hex[$i] & 0x0f;
            if ($Temp < 10) {
                $Asc[2 * $i + 1] = (0x30 + $Temp);
            } else {
                $Asc[2 * $i + 1] = (0x37 + $Temp);
            }
        }
        return $Asc;
    }
}
?>

使用範例與輸出說明

<?php
require_once 'Bytes.php';

$string = '0091';

// 1. 字串轉 ASCII 碼陣列
$bytes = Bytes::getBytes($string);
// 輸出: Array ( [0]=>48 [1]=>48 [2]=>57 [3]=>49 )  // '0','0','9','1' 的 ASCII

// 2. ASCII 壓縮為 BCD（4 位字元 → 2 位元組）
$asc = Bytes::AscToHex($bytes, 4);
// 輸出: Array ( [0]=>0 [1]=>145 )  // 0x00, 0x91

// 3. BCD 轉十六進位字串顯示
echo Bytes::toStr($asc); 
// 輸出: 0091

// 4. 反向還原：BCD → ASCII（2 位元組 → 4 位字元）
$hex = Bytes::HexToAsc($asc, 2);
// 輸出: Array ( [0]=>48 [1]=>48 [2]=>57 [3]=>49 )

// 5. ASCII 轉回字串
echo Bytes::toStr($hex);
// 輸出: 0091
?>

演算法核心邏輯解析

壓縮過程

註：實際程式碼中對非數字字元（A-F）有額外處理（+0x90/+0x09），支援完整十六進位字元集。

還原過程

將每個位元組拆解為高 4 位與低 4 位，分別轉回對應 ASCII 碼（0-9 對應 0x30-0x39，A-F 對應 0x41-0x46）。

應用場景與注意事項

適用場景

• 金融交易訊息封裝（ISO 8583 等標準常用 BCD）
• 電信通訊協定（SMPP、USSD 等）
• 嵌入式裝置資料傳輸（節省頻寬）
• 身分證號、銀行卡號等純數字欄位壓縮儲存

注意事項

• 輸入長度必須為偶數，奇數長度需補零處理
• 僅支援 0-9、A-F 字元，其他字元會產生非預期結果
• PHP 7+ 建議改用 pack()/unpack() 內建函式處理二進位資料，效能更佳
• 大量資料處理時，考慮使用 gmp 或 bcmath 擴充套件進行高精度運算

現代化替代方案

<?php
// 使用 PHP 內建函式簡化 BCD 處理 (PHP 5.6+)

/** 字串壓縮為 BCD 二進位字串 */
function bcdPack($str) {
    // 確保偶數長度
    if (strlen($str) % 2 !== 0) $str = '0' . $str;
    return pack('H*', $str);
}

/** BCD 二進位字串還原 */
function bcdUnpack($bcd) {
    return unpack('H*', $bcd)[1];
}

// 測試
$original = '0091';
$packed = bcdPack($original);    // 二進位字串 "\x00\x91"
$unpacked = bcdUnpack($packed);  // '0091'
echo $unpacked; // 0091
?>

pack('H*', ...) 直接將十六進位字串轉為二進位資料，unpack('H*', ...) 反向操作，程式碼更簡潔且效能更好。