什么是二维码
二维条码/二维码（2-dimensional bar code）是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。
常见技术标准有PDF417，QRCode，Code49Code16K，CodeOne等20余种。其中QRCode因为具有识读速度快、信息容量大、占用空间小、保密性强、可靠性高的优势，是目前使用最为广泛的一种二维码。
QRCode 正方形，只有两种颜色，在4个角落的其中3个，印有像“回”字的的小正方图案。QR码是属于开放式的标准，QR码的规格公开，而发明者的专利权益不会被执行。
QR码的“QR”源自“Quick Response”的缩写。
版本信息
QR码一共提供40种不同版本存储密度的结构，对应指示图的“版本信息”，Version 1为21×21模块（模块为QR码中的最小单元），Version 2为25x25像素大小，每增加一个版本，长宽各增加4个模块，最大的版本40为177×177模块。
计算公式是：(V-1)*4 + 21（V是版本号）。
容量
二维码的容量取决于它的版本和错误纠正级别，以及编码的数据类型。
QR码最大数据容量（对于版本40）：
容错率
容错率也叫纠错率，就是指二维码图形如果有破损，仍然可以被机器读取内容，QR码最高可以到7%~30%面积破损仍可被读取。
例如：在二维码中间加上logo，建议选择H级容错率。
基本结构
定位图案
- 位置探测图形：标记二维码整体的位置。
- 定位图形：标记二维码的数据内容的位置。
- 校正图形：大于 Version 2版本的二维码才有，根据版本信息来确定校正图形的数量和位置。主要用于QR码形状的矫正，尤其是当QR码印刷在不平坦的面上，或者拍照时候发生畸变等。
纠错码字
用于修正二维码损坏带来的错误。通过 Reed-Solomon error correction（里德-所罗门纠错算法）来实现的。
版本信息
二维码的规格，QR码符号共有40种规格的矩阵（一般为黑白色），从21×21（版本1），到177×177（版本40），每一版本符号比前一版本 每边增加4个模块。
格式信息
格式信息记录两个方面：纠错级别和用于符号的掩码图案。
纠错级别：包含L、M、Q和H四个级别。L可纠正约7%错误、M级别可纠正约15%错误、Q级别可纠正约25%错误、H级别可纠正约30%错误。RS码原理比较复杂，整体基于“任意k个确定点可表示一个阶数至少为k-1的多项式”，实际上发送超过k个点，就算中间有一些错误，也能通过数学原理反推出最初的多项式，从而获得信息。并不是所有位置都可以缺损，像最明显的那三个角上的方框，直接影响初始定位。中间零散的部分是内容编码，可以容忍缺损。
掩码：用于分解数据区域中可能会混淆扫描仪的模式，例如大的空白区域或看起来像定位符的误导功能。掩模图案被定义在必要时重复以覆盖整个符号的网格上。对应于掩模暗区的模块被反转。使用BCH代码保护格式信息免受错误，每个QR符号中都包含两个完整的副本。
数据编码
Numeric mode，数字编码，标识码为：0001。从 0 到9。如果需要编码的数字的个数不是 3 的倍数，那么，最后剩下的 1 或 2 位数会被转成 4 或 7bits，则其它的每 3 位数字会被编成 10，12，14bits，编成多长还要看二维码的尺寸( 表 Table 3 )。
Alphanumeric mode，字符编码，标识码为：0010。包括 0-9，大写的A到Z（没有小写），以及符号$ % * + – . / : 包括空格。这些字符会映射成一个字符索引表。如下所示：（其中的 SP 是空格，Char 是字符，Value 是其索引值） 编码的过程是把字符两两分组，然后转成下表的 45 进制，然后转成 11bits 的二进制，如果最后有一个落单的，那就转成 6bits 的二进制。而编码模式和字符的个数需要根据不同的 Version 尺寸编成9, 11 或 13 个二进制( 表 Table 3 )。
Byte mode，字节编码，标识码为：0100。可以是0-255 的 ISO-8859-1 字符。有些二维码的扫描器可以自动检测是否是 UTF-8 的编码。
Kanji mode 这是日文编码，也是双字节编码，标识码为：1000。同样，也可以用于中文编码。日文和汉字的编码会减去一个值。如：在 0X8140 to 0X9FFC 中的字符会减去 8140，在 0XE040 到 0XEBBF 中的字符要减去 0XC140，然后把前两位拿出来乘以 0XC0，然后再加上后两位，最后转成 13bit 的编码。
- Extended Channel Interpretation (ECI) mode 主要用于特殊的字符集。并不是所有的扫描器都支持这种编码。
- Structured Append mode 用于混合编码，也就是说，这个二维码中包含了多种编码格式。
- FNC1 mode 这种编码方式主要是给一些特殊的工业或行业用的。比如 GS1 条形码之类的。
示例一：数字编码
在 Version 1 的尺寸下，纠错级别为H的情况下，编码： 01234567
1、 把上述数字分成三组: 012 345 67
2、把他们转成二进制: 012 转成 0000001100； 345 转成 0101011001； 67 转成 1000011。
3、把这三个二进制串起来: 0000001100 0101011001 1000011
4、把数字的个数转成二进制 (version 1-H 是 10 bits ): 8 个数字的二进制是 0000001000
5、把数字编码的标志 0001 和第 4 步的编码加到前面: 0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011
示例二：字符编码
在 Version 1 的尺寸下，纠错级别为H的情况下，编码: AC-42
1、从字符索引表中找到 AC-42 这五个字条的索引 (10,12,41,4,2)
2、两两分组: (10,12) (41,4) (2)
3、把每一组转成 11bits 的二进制:
(10,12) 1045+12 等于 462 转成 00111001110
(41,4) 4145+4 等于 1849 转成 11100111001
(2) 等于 2 转成 000010
4、把这些二进制连接起来：00111001110 11100111001 000010
5、把字符的个数转成二进制 (Version 1-H 为 9 bits ): 5 个字符，5 转成 000000101
6、在头上加上编码标识 0010 和第 5 步的个数编码: 0010 000000101 00111001110 11100111001 000010
结束符和补齐符
假如我们有个“HELLO WORLD”的字符串要编码，根据上面的示例二，我们可以得到下面的编码，1
2编码 字符数 HELLO WORLD的编码
0010 000001010 01100001011 01111000110 10001011100 10110111000 10011010100 001101
结束符
如果编码后的字符长度不足当前版本和纠错级别所存储的容量，则在后续补”0000”,如果容量已满则无需添加终止符。1
2编码 字符数 HELLO WORLD的编码 结束
0010 000001011 01100001011 01111000110 10001011100 10110111000 10011010100 001101 0000
按8bits重排
将编码按8bit一组，形成码字。如果尾部数据不足8bit,则在尾部充0。
上面一共有78个bits，所以，我们还要最后面加上2个0，然后按8个bits分好组：1
2编码 字符数 HELLO WORLD的编码 结束
0010 000001011 01100001011 01111000110 10001011100 10110111000 10011010100 001101 000000
补齐码（Padding Bytes）
最后，如果编码后的数据不足版本及纠错级别的最大容量，则在尾部补充 “11101100” 和”00010001”,直到全部填满。（这两个二进制转成十进制是236和17）关于每一个Version的每一种纠错级别的最大Bits限 制，可以参看QR Code Specification的第28页到32页的Table-7一表。
假设我们需要编码的是Version 1的Q纠错级，那么，其最大需要104个bits，而我们上面只有80个bits，所以，还需要24个bits，也就是需要3个Padding Bytes，我们就添加三个，于是得到下面的编码：1
2编码 字符数 HELLO WORLD的编码 结束符 补齐码
00100000 01011011 00001011 01111000 11010001 01110010 11011100 01001101 01000011 01000000 11101100 00010001 11101100
编码过程
数据编码：将数据字符转换为位流，每8位一个码字，整体构成一个数据的码字序列。其实知道这个数据码字序列就知道了二维码的数据内容。
对于字母、中文、日文等只是分组的方式、模式等内容有所区别，基本方法是一致的。二维码虽然比起一维条码具有更强大的信息记载能力，但也是有容量限制。
纠错编码：按需要将上面的码字序列分块，并根据纠错等级和分块的码字，产生纠错码字，并把纠错码字加入到数据码字序列后面，成为一个新的序列。
版本信息：生成版本信息放入相应区域内。版本7-40都包含了版本信息，没有版本信息的全为0。二维码上两个位置包含了版本信息，它们是冗余的。版本信息共18位，6X3的矩阵，其中6位时数据为，如版本号8，数据位的信息时 001000，后面的12位是纠错位。
创建二维码基本步骤
第一步：数据分析
二维码标准有多种编码模式：数字，字符，字节和日文等模式，每个模式使用不同的方法将文本转换为二进制数字，选择最优化的编码模式，尽可能用最短的一串二进制数字来编码数据。
第二步：数据编码
选择错误校正级别，确定数据的最小版本，增加模式指示符，增加字符计数指示符，使用所选模式进行编码，[分成8位码字和添加补齐码]。
第三步：生成纠错码
将数据码分组，执行多项式长除法，使用逐字节模100011101生成2的幂，生成多项式，生成纠错码，多次运算计算结果
第四步：最终编码
确定块数和纠错码字，数据交替排列，转为二进制，添加剩余位（补齐码）
第五步：矩阵中的模块放置
放置位置探测图形、定位图形、校正图形、数据块。保留版本信息、格式信息区域。
第六步：掩码图案
根据评价条件确定最佳掩码图案
第七步：格式和版本信息
最后放置版本信息、格式信息。
具体编码过程请移步【博客】你今天真好看
常见问题
如何导入QR码?
QR码系统可以分为两道工序，即QR码的制作和读取。QR码的制作是用“软件和打印机”来实现，读取时使用“扫描仪和应用程序”。用普通手机、智能手机、平板电脑各种移动设备读取QR码。
同样的内容做出来的二维码为什么都不一样？
这是由于，这些特定的几何图形按照一定规律，然后随机的分布在平面上。
什么样的情况或造成二维码无法读取？
码元变形。
码元是构成QR码的一个方形图块，大小取决于打印机打印头的点数。如下图：
例如，当打印头密度为300dpi时，在5点/码元的情况下码元大小为0.42mm/码元。构成一码元的点数越多，打印质量会越高，运用更稳定，可免受打印粗细、送纸速度不均匀、打印机轴变形、飞白等问题的影响。为了实现稳定的运用，DENSO WAVE INCORPORATED建议每个码元打印4点以上。
在确定QR码版本后，还要确定以码元（构成QR码的一个方形图块）要以多少mm打印，码元大小不同，QR码的实际尺寸也会有所不同。 码元越大，QR码扫描仪就越容易读取。
用图像处理工具等对QR码进行放大或缩小，会导致各个码元的变形。
虽然外观上与普通的QR码一样，但实际上却很难读取，甚至有时无法读取。
边缘有文字或图像
若在QR码的边缘印上文字或图像，则无法留出足够的边缘空白。
这样的二维码很难读取，甚至有时无法读取。
文字和图像等标记摆在二维码上
若在和QR码重叠的位置上印上文字或图像等标记，则明暗对比将变得模糊。
这样的二维码很难读取，甚至有时无法读取。
可将图像和声音作为数据写入吗？
一个QR码的容量最多不到3KB（版本40，纠错级别L）。而且，如果是用手机读取，手机所能读取的QR码因厂家和机型而有别，数据量一般为271个字节（版本10，纠错级别L）。可以理解为，通过手机读取QR码时，无法容纳图像和声音。
实际应用
微信的扫码登录实现原理
网页版微信刚推出时，无数人被它的登录方式惊艳了一下，不需要输入用户名密码，打开手机微信扫一扫，便自动登录。从原理上讲，二维码只能是一段文本的编码，如何用它实现快捷登录的呢？
打开网页版微信，可以看到如下的页面：
微信扫码界面
如果你用我查查、支付宝、新浪微博等软件扫码二维码，你会发现此二维码解析出来是如下的网址：
1 | https://login.weixin.qq.com/l/obsbQ-Dzag== |
接下来详细介绍一下扫码登录具体的每个步骤：
扫码登录完整流程
①：用户 A 访问微信网页版，微信服务器为这个会话生成一个全局唯一的 ID，上面的 URL 中 obsbQ-Dzag== 就是这个 ID，此时系统并不知道访问者是谁。
②：用户A打开自己的手机微信并扫描这个二维码，并提示用户是否确认登录。
③：手机上的微信是登录状态，用户点击确认登录后，手机上的微信客户端将微信账号和这个扫描得到的 ID 一起提交到服务器
④：服务器将这个 ID 和用户 A 的微信号绑定在一起，并通知网页版微信，这个 ID 对应的微信号为用户 A，网页版微信加载用户 A 的微信信息，至此，扫码登录全部流程完成