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[[category:计算机基础]] == 关于 == 【转自:[http://www.ruanyifeng.com/blog/2007/10/ascii_unicode_and_utf-8.html 阮一峰的网络日志“字符编码笔记:ASCII,Unicode 和 UTF-8”]】 == ASCII 码 == 我们知道,计算机内部,所有信息最终都是一个二进制值。每一个二进制位(bit)有0和1两种状态,因此八个二进制位就可以组合出256种状态,这被称为一个字节(byte)。也就是说,一个字节一共可以用来表示256种不同的状态,每一个状态对应一个符号,就是256个符号,从00000000到11111111。 上个世纪60年代,美国制定了一套字符编码,对英语字符与二进制位之间的关系,做了统一规定。这被称为 ASCII 码,一直沿用至今。 ASCII 码一共规定了128个字符的编码,比如空格“<code>SPACE</code>”是32(二进制00100000),大写的字母“<code>A</code>”是65(二进制01000001)。这128个符号(包括32个不能打印出来的控制符号),只占用了一个字节的后面7位,最前面的一位统一规定为0。 === 非 ASCII 编码 === 英语用128个符号编码就够了,但是用来表示其他语言,128个符号是不够的。比如,在法语中,字母上方有注音符号,它就无法用 ASCII 码表示。于是,一些欧洲国家就决定,利用字节中闲置的最高位编入新的符号。比如,法语中的“é”的编码为130(二进制10000010)。这样一来,这些欧洲国家使用的编码体系,可以表示最多256个符号。 但是,这里又出现了新的问题。不同的国家有不同的字母,因此,哪怕它们都使用256个符号的编码方式,代表的字母却不一样。比如,130在法语编码中代表了“<code>é</code>”,在希伯来语编码中却代表了字母“<code>Gimel</code>” (<code>ג</code>),在俄语编码中又会代表另一个符号。但是不管怎样,所有这些编码方式中,0--127表示的符号是一样的,不一样的只是128--255的这一段。 至于亚洲国家的文字,使用的符号就更多了,汉字就多达10万左右。一个字节只能表示256种符号,肯定是不够的,就必须使用多个字节表达一个符号。比如,简体中文常见的编码方式是 '''GB2312''',使用两个字节表示一个汉字,所以理论上最多可以表示 256 x 256 = 65536 个符号。 == Unicode == 正如上一节所说,世界上存在着多种编码方式,同一个二进制数字可以被解释成不同的符号。因此,要想打开一个文本文件,就必须知道它的编码方式,否则用错误的编码方式解读,就会出现乱码。为什么电子邮件常常出现乱码?就是因为发信人和收信人使用的编码方式不一样。 可以想象,如果有一种编码,将世界上所有的符号都纳入其中。每一个符号都给予一个独一无二的编码,那么乱码问题就会消失。这就是 Unicode,就像它的名字都表示的,这是一种所有符号的编码。 Unicode 当然是一个很大的集合,现在的规模可以容纳100多万个符号。每个符号的编码都不一样,比如,“U+0639”表示阿拉伯字母“<code>Ain</code>”,U+0041表示英语的大写字母“<code>A</code>”,U+4E25表示汉字“<code>严</code>”。具体的符号对应表,可以查询[unicode.org unicode.org],或者专门的汉字对应表。 === Unicode 的问题 === 需要注意的是,'''Unicode 只是一个符号集''',它只规定了符号的二进制代码,却没有规定这个二进制代码应该如何存储。 比如,汉字“<code>严</code>”的 Unicode 是十六进制数4E25,转换成二进制数足足有15位(100111000100101),也就是说,这个符号的表示至少需要2个字节。表示其他更大的符号,可能需要3个字节或者4个字节,甚至更多。 这里就有两个严重的问题,第一个问题是,如何才能区别 Unicode 和 ASCII ?计算机怎么知道三个字节表示一个符号,而不是分别表示三个符号呢?第二个问题是,我们已经知道,英文字母只用一个字节表示就够了,如果 Unicode 统一规定,每个符号用三个或四个字节表示,那么每个英文字母前都必然有二到三个字节是0,这对于存储来说是极大的浪费,文本文件的大小会因此大出二三倍,这是无法接受的。 它们造成的结果是: # 出现了 Unicode 的多种存储方式,也就是说有许多种不同的二进制格式,可以用来表示 Unicode。 # Unicode 在很长一段时间内无法推广,直到互联网的出现。 === 关于 BMP === Unicode 标准包括来自基本多语言平面(BMP)的字符和位于 BMP 之外的补充字符。【BMP,见“'''[[关于:基本多语言平面(BMP)]]'''”】 从字符集的角度上来讲,Unicode 字符集不同于ASCII这样不能再增加字符的封闭字符集,而是一个开放的字符集,是可以不断地增加字符的。因此 Unicode 字符集也在不断发展中【比如随着互联网即时聊天工具的发展而流行起来的很多Emoji表情符就不断地被增加到了Unicode字符集里】,理论上支持的字符数量是没有上限的,未来还可再扩展。 : [[File:Unicode字符集中的Emoji表情字符.jpg|600px]] == UTF-8 == 互联网的普及,强烈要求出现一种统一的编码方式。UTF-8 就是在互联网上使用最广的一种 Unicode 的实现方式。其他实现方式还包括 UTF-16(字符用两个字节或四个字节表示)和 UTF-32(字符用四个字节表示),不过在互联网上基本不用。重复一遍,这里的关系是,'''UTF-8 是 Unicode 的实现方式之一'''。 UTF-8 最大的一个特点,就是它是一种变长的编码方式。它可以使用'''1~4个字节表示一个符号''',根据不同的符号而变化字节长度。 UTF-8 的编码规则很简单,只有二条: # 对于单字节的符号,字节的第一位设为 0,后面 7 位为这个符号的 Unicode 码。因此对于英语字母,UTF-8 编码和 ASCII 码是相同的。 # 对于 n 字节的符号(n > 1),第一个字节的前 n 位都设为 1,第 n + 1 位设为 0,后面字节的前两位一律设为 10。剩下的没有提及的二进制位,全部为这个符号的 Unicode 码。 下表总结了编码规则,字母x表示可用编码的位。 {| class="wikitable" ! Unicode符号范围(十六进制) !! UTF-8编码方式(二进制) |- | 0000 0000-0000 007F || 0xxxxxxx |- | 0000 0080-0000 07FF || 110xxxxx 10xxxxxx |- | 0000 0800-0000 FFFF || 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx |- | 0001 0000-0010 FFFF || 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx |} 跟据上表,解读 UTF-8 编码非常简单。如果一个字节的第一位是 0,则这个字节单独就是一个字符;如果第一位是 1,则连续有多少个 1,就表示当前字符占用多少个字节。 以汉字“<code>严</code>”为例,演示如何实现 UTF-8 编码: : “严”的 Unicode 是“4E25”(100111000100101),根据上表,可以发现“4E25”处在第三行的范围内(0000 0800 - 0000 FFFF),因此“严”的 UTF-8 编码需要三个字节,即格式是“1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx”。然后,从严的最后一个二进制位开始,依次从后向前填入格式中的“x”,多出的位补“0”。这样就得到了,“严”的 UTF-8 编码是“11100100 10111000 10100101”,转换成十六进制就是“E4B8A5”。 === Unicode 与 UTF-8 之间的转换 === 如上所示,“严”的 Unicode码 是“4E25”,UTF-8 编码是“E4B8A5”,两者是不一样的。它们之间的转换可以通过程序实现。 Windows平台,有一个最简单的转化方法,就是使用内置的记事本小程序“notepad.exe”。打开文件后,点击文件菜单中的另存为命令,会跳出一个对话框,在最底部有一个编码的下拉条: [[File:notepad转换编码方式.jpg|600px]] 里面有四个选项:“ANSI”,“Unicode”,“Unicode big endian”和“UTF-8”: # ANSI:是默认的编码方式。对于英文文件是“ASCII”编码,对于简体中文文件是“GB2312”编码(只针对 Windows 简体中文版,如果是繁体中文版会采用 Big5 码)。 # Unicode:“编码这里指的是“notepad.exe”使用的“UCS-2”编码方式,即直接用两个字节存入字符的 Unicode 码,这个选项用的“little endian”格式。 # Unicode big endian:编码与上一个选项相对应。 # UTF-8:……。 选择完"编码方式"后,点击"保存"按钮,文件的编码方式就立刻转换好了。 == Little endian(小端存储) 和 Big endian(大端) == 上一节已经提到,“UCS-2”格式可以存储 Unicode 码(码点不超过“0xFFFF”)。以汉字“<code>严</code>”为例,Unicode 码是“4E25”,需要用两个字节存储,一个字节是“4E”,另一个字节是“25”。存储的时候: # “4E”在前,“25”在后,即 Big endian 方式; # “25”在前,“4E”在后,即 Little endian 方式。 这两个古怪的名称来自英国作家斯威夫特的《格列佛游记》。在该书中,小人国里爆发了内战,战争起因是人们争论,吃鸡蛋时究竟是从大头(Big-endian)敲开还是从小头(Little-endian)敲开。为了这件事情,前后爆发了六次战争,一个皇帝送了命,另一个皇帝丢了王位。 第一个字节在前,就是“大头方式”(Big endian),第二个字节在前就是“小头方式”(Little endian)。 那么很自然的,就会出现一个问题:计算机怎么知道某一个文件到底采用哪一种方式编码? : Unicode 规范定义,每一个文件的最前面分别加入一个表示编码顺序的字符,这个字符的名字叫做“零宽度非换行空格”(zero width no-break space),用“FEFF”表示。这正好是两个字节,而且“FF”比“FE”大1。 : 即:如果一个文本文件的头两个字节是“FE FF”,就表示该文件采用大头方式;如果头两个字节是“FF FE”,就表示该文件采用小头方式。 == 实例 == 打开“记事本”程序“notepad.exe”,新建一个文本文件,内容就是一个“<code>严</code>”字,依次采用“ANSI”,“Unicode”,“Unicode big endian”和“UTF-8”编码方式保存。 然后,用文本编辑软件 UltraEdit 中的十六进制功能,观察该文件的内部编码方式。 # ANSI:文件的编码就是两个字节“D1 CF”,这正是严的 GB2312 编码,这也暗示 '''GB2312 是采用大头方式存储的'''。 # Unicode:编码是四个字节“FF FE 25 4E”,其中“FF FE”表明是小头方式存储,真正的编码是“4E25”。 # Unicode big endian:编码是四个字节“FE FF 4E 25”,其中“FE FF”表明是大头方式存储。 # UTF-8:编码是六个字节“EF BB BF E4 B8 A5”,前三个字节“EF BB BF”表示这是UTF-8编码,后三个“E4B8A5”就是严的具体编码,它的存储顺序与编码顺序是一致的。
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