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  • ASCII码 Unicode编码 UTF和UTF8 GB2312 的编码入门和总结

    ASCII码

    我们知道,在计算机内部,所有的信息最终都表示为一个二进制的字符串。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,一直沿用到现在。
    ASCII码一共规定了128个字符的编码,比如空格 “SPACE”是32(二进制00100000),大写字母A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1位统一规定为0

    Unicode编码
    1、Unicode是一种字符编码方法,不过它是由国际组织设计,可以容纳全世界所有语言文字的编码方案。Unicode的学名是:
    "Universal Multiple-Octet Coded Character Set",简称为UCS。UCS可以看作是 “Unicode Character Set”的缩写。
    UCS(即Unicode编码)规定的是字符的编码(表示)形式,即如何用多个字节表示各种文字。UCS有两种格式,UCS-2、UCS-4。
    UCS-2就是用两个字节编码,UCS-4就是用4个字节编码(实际上只用了31位,最高位必须为0)

    2、字符必须编码后才能被计算机处理。计算机使用的缺省编码方式就是计算机的内码。例如A的编码是65
    早期的计算机使用7位的ASCII编码,为了处理汉字,程序员设计了用于简体中文的GB2312和用于繁体中文的big5(国标码就是汉字的十六进制或二进制表示形式)。

    3、ASCII、GB2312,GBK到GB18030的编码是向下兼容的,但是Unicode只与ASCII兼容, 与GB码不兼容。比如中文里的“汉”字的Unicode编码是6C49,而GB码是BABA。
    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。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。如果有一种编码,将世界上所有的符号都纳入其中。每个符号都有一个编码,那么乱码就会消失,这就是Unicode编码。
    Unicode是一个很大的集合,可以容纳100多万个符号,每个符号的编码都不一样,比如:U+4E25表示汉字的"严",U+0639表示阿拉伯字母Ain


    Unicode的问题
    需要注意的是,Unicode只是一个符号集,它只规定了二进制代码,却没有规定这个二进制代码如何存储。比如汉字"严"的Unicode是十六进制数4E25,转换成二进制数有15位10111000100101,也就是说这个符号的表示需要2个字节.表示更大的符号,可能需要3个字节或者4个字节.

    这里便产生了两个问题,
    1、计算机怎么知道三个字节表示一个符号,而不是分别代表示三个符号(unicode和ascii码如何时区分)呢?
    2、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,对于存储来说是极大的浪费,是无法接受的。

    以上两个问题造成的结果是:出现了多种unicode的存储形式。也就是有多种不同的二进制格式来表示unicode(即UTF-8,UTF-16, UTF-32)。

    UTF和UTF-8
    1、UTF(UCS Transformation Format),Unicode编码的传输和存储是由UTF规范实现的。常见的UTF包括:UTF-8,UTF-16, UTF-32
    一般在Windows平台上,提到Unicode,那就是指UTF-16了。

    2、UTF-8是在互联网上使用最广泛的一种unicode实现方式。其他的实现方式还包括UTF-16和UTF32
    UTF-8最大的一个特点,就是它是一种变长的编码方式。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。

    3、UTF-8编码规则为:
    1)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,对于英语字母,UTF-8编码和ASCII码是相同的。
    2)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UTF-8编码规则,字母X表示可用编码的位
    Unicode符号范围 UTF-8编码方式
    (十六进制) (二进制)
    0000 0000 0000 007F | 0xxxxxxx
    0000 0000 0080 07FF | 110xxxxx 10xxxxxx
    0000 0800 0000 FFFF | 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
    0001 0000 0010 FFFF | 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

    下面,还是以汉字"严"为例:
    已知"严"的unicode编码是4E25(100111000100101), 是15个二进制位,再加上表示符号字节数的二进制位,
    所以要三个字节才能表示即格式为:1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx,从"严"的最后一个二进制位开始,
    依次从后向前将二进制值替换格式中的x,多出x位补0。这样就得到了"严"的编码是"11100100 10111000 10100101"转换成十六进制就是E4B8A5

    UTF-16
    UTF-16使用两个字节存储和传输文字。
    UTF-16 BE(big endian),俗称大头。比如说:char 'a' ascii为:0x61,那么UTF-8为[0x61], UTF-16 BE为:[0x00,0x61]
    UTF-16 LE(little endian),俗称小头,这个是比较常用的。比如:char 'a',它的二进制形式正好反过来:[0x61,0x00],据说
    是为了提高速度而迎合CPU的胃口,CPU就是倒着吃数据的。
    一般情况下,UTF-16默认是指UTF-16 LE
    大头(Big endian),小头(Little endian)。以汉字"严"为例,Unicode码是4E25,需要两个字节存储,一个字节是4E,另一个字节是25
    存储的时候,4E在前,25在后,就是Big endian方式, 25在前,4E在后,就是 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,小人国爆发了内战,战争的起因是人们争论,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。
    因此,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).

    计算机是怎么知道某一个文件到底采用哪一种方式编码?
    Unicode规范中定义,每一个文件的最前面分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
    如果一个文本文件的头两个字节是FEFF,就表示该文件采用大头方式;如果头两个字节是FFFE,就表示该文件采用小头方式。
    如果一个文本文件的是以EF BB BF开头,就知道是UTF-8编码了。

    扩展阅读
    中国国标编码:
    GB 13000:完全等同于ISO 10646-1/Unicode 2.1 今后也将随ISO 10646/Unicode的标准更改而同步更改
    GBK:对GB2312的扩充,以容纳GB2312字符集范围以外的Unicode 2.1的统一汉字部分,并且增加了部分Unicode中没有的字符。
    GB 18030-2000:基于GB 13000,作为Unicode 3.0的GBK扩展版本,覆盖了所有unicode编码,地位等同于UTF-8, UTF-16 是一种
    unicode 编码形式。
    GB 18030是中国所有非手持、嵌入式计算机系统的强制实施标准。
    Unicode与UCS的关系:
    国际标准ISO 10646定义了通用字符集(Universal Character Set, UCS),UCS是所有其他字符集标准的一个超集。它保证与其
    他字符集是双向兼容的。就是说你将任何文本字符串翻译到UCS格式,然后再翻译回原编码,你不会丢失任何信息。

    ISO与Unicode.org 是两个不同的组织,因此最初制定了不同的标准;国际标准化组织(ISO)的ISO 10646项目与多语言软件制造商协会组织的Unicode项目,
    它们合并双方的工作成果。从unicode2.0开始 unicode采用了与ISO 10646-1相同的字库和字码,ISO也承诺ISO 10646将不会超出0x10FFFF的 UCS-4的编码赋值,
    使得两者保持一致,合二为一。就像html5的WHATWG 和 W3C两个组织一样。不过html5的两个组织最近好像要分道扬镳了。

    什么编程语言支持Unicode编码?
    在大约1993年之后开发的大多数现代编程语言都有一个特别的数据类型,叫做Unicode/ISO 10646-1 字符。在Java中叫char
    在ISO C里面说有处理多字节编码和宽字符(wide characters), wchar_t类型用来存放Unicode字符。

    GB2312,内码和代码页的概念
    “GB2312的原文”是指国家1980年的一个标准<<中华人民共和国国家标准 信息交换用汉字编码字符集基本集 GB2312-80>>。这个标准用两个
    数来编码汉字和中文符号。第一个数称为"区",第二个数称为"位",所以也称为区位码。1-9区是中文符号,16-55区是一级汉字,56-87区是
    二级汉字。现在Windows也还有区位输入法,例如输入1601得到"啊"

    内码是指操作系统内部的字符编码。早期操作系统的内码是与语言相关的。现在的Windows在系统内部支持Unicode,然后用代码页适应各种
    语言,"内码"的概念比较模糊了。微软一般将缺省代码页指定的编码说成是内码。

    内码这个词汇,并没有什么官方的定义,代码页也只是微软这个公司的叫法。

    所谓代码页(code page) 就是针对一种语言文字的字符编码。例如GBK的Code page是cp 936,
    BIG5的 code page是cp 950 GB2312的 code page是CP 20936

    Windows中有缺省代码页的概念,即缺省用什么编码来解释字符。例如Windows的记事本打开了一个文本文件,里面的内容
    是BA BA D7 D6。Windows应该去怎么解释它呢?

    是按照Unicode编码解释,还是按照GBK解释,还是按照BIG5 解释?
    答案是windows按照当前的缺省代码页去解释文本文件里的字节流。缺省代码页可以通过控制面板的区域选项设置。

    Windows 的内码是Unicode,它在技术上可以同时支持多个代码页。只要文件能说明自已使用什么编码,用户又安装了对应的代码页,
    Windows就能正确显示。在有的HTML文件作者,特别是英文作者,认为世界上所有人都使用英文,在文件中不指定charset,如果他使用了
    0x80-0xff之间的字符,中文Windows又按照缺省的GBK去解释,就会出现乱码。

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