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  • 字符串和编码

    字符编码

    我们已经讲过了,字符串也是一种数据类型,但是,字符串比较特殊的是还有一个编码问题。

    因为计算机只能处理数字,如果要处理文本,就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用 8 个比特(bit)作为一个字节(byte),所以,一个字节能表示的最大的整数就是 255(二进制 11111111= 十进制 255),如果要表示更大的整数,就必须用更多的字节。比如两个字节可以表示的最大整数是65535,4 个字节可以表示的最大整数是4294967295

    由于计算机是美国人发明的,因此,最早只有 127 个字母被编码到计算机里,也就是大小写英文字母、数字和一些符号,这个编码表被称为ASCII编码,比如大写字母A的编码是65,小写字母z的编码是122

    但是要处理中文显然一个字节是不够的,至少需要两个字节,而且还不能和 ASCII 编码冲突,所以,中国制定了GB2312编码,用来把中文编进去。

    你可以想得到的是,全世界有上百种语言,日本把日文编到Shift_JIS里,韩国把韩文编到Euc-kr里,各国有各国的标准,就会不可避免地出现冲突,结果就是,在多语言混合的文本中,显示出来会有乱码。

    因此,Unicode 应运而生。Unicode 把所有语言都统一到一套编码里,这样就不会再有乱码问题了。

    Unicode 标准也在不断发展,但最常用的是用两个字节表示一个字符(如果要用到非常偏僻的字符,就需要 4 个字节)。现代操作系统和大多数编程语言都直接支持 Unicode。

    现在,捋一捋 ASCII 编码和 Unicode 编码的区别:ASCII 编码是 1 个字节,而 Unicode 编码通常是 2 个字节。

    字母A用 ASCII 编码是十进制的65,二进制的01000001

    字符0用 ASCII 编码是十进制的48,二进制的00110000,注意字符'0'和整数0是不同的;

    汉字已经超出了 ASCII 编码的范围,用 Unicode 编码是十进制的20013,二进制的01001110 00101101

    你可以猜测,如果把 ASCII 编码的A用 Unicode 编码,只需要在前面补 0 就可以,因此,A的 Unicode 编码是00000000 01000001

    新的问题又出现了:如果统一成 Unicode 编码,乱码问题从此消失了。但是,如果你写的文本基本上全部是英文的话,用 Unicode 编码比 ASCII 编码需要多一倍的存储空间,在存储和传输上就十分不划算。

    所以,本着节约的精神,又出现了把 Unicode 编码转化为“可变长编码”的UTF-8编码。UTF-8 编码把一个 Unicode 字符根据不同的数字大小编码成 1-6 个字节,常用的英文字母被编码成 1 个字节,汉字通常是 3 个字节,只有很生僻的字符才会被编码成 4-6 个字节。如果你要传输的文本包含大量英文字符,用 UTF-8 编码就能节省空间:

    字符ASCIIUnicodeUTF-8
    A 01000001 00000000 01000001 01000001
    x 01001110 00101101 11100100 10111000 10101101

    从上面的表格还可以发现,UTF-8 编码有一个额外的好处,就是 ASCII 编码实际上可以被看成是 UTF-8 编码的一部分,所以,大量只支持 ASCII 编码的历史遗留软件可以在 UTF-8 编码下继续工作。

    搞清楚了 ASCII、Unicode 和 UTF-8 的关系,我们就可以总结一下现在计算机系统通用的字符编码工作方式:

    在计算机内存中,统一使用 Unicode 编码,当需要保存到硬盘或者需要传输的时候,就转换为 UTF-8 编码。

    用记事本编辑的时候,从文件读取的 UTF-8 字符被转换为 Unicode 字符到内存里,编辑完成后,保存的时候再把 Unicode 转换为 UTF-8 保存到文件:
    0.png
    浏览网页的时候,服务器会把动态生成的 Unicode 内容转换为 UTF-8 再传输到浏览器:
    011.png
    所以你看到很多网页的源码上会有类似<meta charset="UTF-8" />的信息,表示该网页正是用的 UTF-8 编码。

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