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  • 《松本行弘的程序世界》读书笔记(下)——文字编码、整数、浮点小数

    先贴上上一篇博客:这些基础知识你都了解吗?——《松本行弘的程序世界》读书笔记(上)

    上一篇讲到:

    • 面向对象
    • 设计模式
    • ajax
    • MVC和猴子补丁

    这一篇讲《松本行弘的程序世界》书中提到的编码、正则和数字。

    7. 文字编码

    7.1 理解编码

    计算机只能处理二进制数据,从计算机被发明出来它是这样,到现在还是这样。那么我们要让这个只能识别“010101...”二进制的家伙去处理文字,该怎么办呢?——把文字表示成二进制。大家可以查看unicode(下文将介绍unicode)编码表,看看其中中文编码那一块,比如,16进制的4e07表示“万”字:

    说到这里让我想起来,平时我们在新闻留言、QQ聊天或者发短信的时候,可以发一些表情——,大家可能都知道这些表情是用一些特殊的字符串规定好的。其实,这就是一个简单的表情编码,和计算机中文字编码成二进制一个道理。

    7.2 ASCII码

    当初计算机是美国人发明的,最早也在美国被应用。美国人用英语,所谓的字符只有26个英文字母,大小写都算上,也不过52个,在算上键盘上那些乱七八糟的标点符号,最多100来个。于是他们发明了用7位二进制数构成的编码表——ASCII码。2的7次方=128。ASCII码可表示128个字符。计算机中8位二进制是一个字节,还能剩下一位,用于附加错误码(作者:不知错误码为何意??)

    上图中,用二进制数“1000001”表示的是字母“A”,十进制是65,咱们学C语言的时候,估计都能背过——'A'转换成int是65,现在知道什么意思了吧。。。

    下图是ASCII码对应的值(十进制表示):

    7.3 unicode字符集

    世界上的文字有很多种,除了用A-Z表示的文字之外,还有许多欧洲、亚洲的文字是用其他图形表示的,比如咱们的中文(简体和繁体还不一样)。于是,ASCII码不能满足要求之后,有出现了很多种编码方式,例如中国的GB2312字符集。不过现在业界越来越统一到unicode字符集中。所以,就简单介绍unicode字符集。

    ASCII码用7位二进制,可表示128个字符,而最初的unicode字符集用16位二进制表示,2的16次方=65536,可表示6万多个字符。unicode字符集最初的设计者预计6W多个字符足以表示世界上所有语言文字了,可惜他们错了。后来unicode字符集又扩充到了21位。

    从网上可以查到所有unicode编码表的内容,以下是截取的一个片段。例如,汉字“万”的编码是16进制数 4e07:

    7.4 unicode的字符编码方式

    虽然unicode字符集将世界上的文字字符全部统一了编码,但是这个编码的存储方式,却又分为好几种,例如大家常见的UTF-8、UTF-16、UTF-32。

    例如,汉字“万”的编码值是16进制数 4e07 ,但是通过UTF-8计算出的存储结构和UTF-16是不一样的。所以,如果用UTF-16的方式去解析UTF-8编码的数据,可能会出现乱码。

    至于每种编码方式是怎样的,这里就不再详细介绍了。其实书中也只是讲了一点皮毛。大家了解即可。

    8 正则表达式

    我接触正则表达式是在学习js中接触的,js应用正则表达式比较简单,但是正则表达式本身的语法却很复杂。

    后来看jQuery源码,被sizzle这块的正则表达式给完全搞晕了,到现在都没梳理好。

    书中介绍的无非就是正则表达式的若干语法,以及Ruby如何支持。

    其实学习正则表达式不用看这个,推荐一个:正则表达式30分钟入门教程(提醒:说30分钟是忽悠你,用俩小时全部看完并理解,就不错了!)

    9. 整数与浮点小数

    整数和浮点小数,是程序开发中最常用的类型之一。如果你觉得程序对数字的操作非常简单,无非就是加减乘除,那么请你耐心看完下面的文字。

    9.1 整数是有范围的

    在C、C++、C#等静态类型的语言中,int一般表示32位整数,也就是用32个二进制数表示一个整数,除去一个符号位,int所能表现的最大整数是有限的。

    C#中,int32 和 int64 分别表示不同位数的整数,都有最大值和最小值的标志:

    如果程序中的数字,超过了最大值,无法通过编译,提示溢出。同理,如果运行时出现了这样的情况,也会抛出异常。

    另外,不光整数有范围。浮点小数也有范围大小,原理一样。

    不过浮点小数还有其他要说的内容,下文介绍。

    9.2 为何Ruby中的整数没有范围

    任何语言都无法从根本上行使整数没有范围。Ruby是动态类型的语言,当他遇到数字超过单个整数范围时,它会把这个数分多个整数存储。不过这一切都是Ruby自动帮你完成的,所以在你看来,你认为Ruby的整数大小是无限制的。

    这是一种技巧,类似于数据库的分表存储。

    9.3 浮点小数的误差

    其实我从很早以前就注意到,javascript中:0.1 + 0.2 = 0.30000000000000004 ,当时只是单纯的认为js对小数的计算有误差,以后得注意。但是看完书中本章节,发现不对。不光js,所以语言都会有误差。以C#为例:

    大家可以从上图中很清楚的看到答案。程序第一行,虽然C#输出的是 0.1 + 0.2 = 0.3 ,但是从下面的程序可以看出,这里的0.3只不过是个近似值。

    针对浮点小数的这些计算的误差,各个程序也都给出了他们认为的可控制的范围。例如,C#的single类型(即float类型)中,允许误差的可控范围如下图:

    意思就是说,只要在这个范围之内,就不认为有误差。但是很遗憾,我还没有用到过这个属性。。。先了解一下吧。

    9.4 计算机如何处理小数

    上文说了半天的误差,下面解释计算机中为何对小数处理会产生误差。原因还是一句话:计算机只能处理二进制。

    所有的整数,都可以用二进制无误差的表示出来,例如:65 --> 1000001,10 --> 1010 ,但是小数呢? 有的小数无法用二进制表示

    例如,十进制的0.5表示为二进制是 0.1, 但是十进制的0.2表示为二进制会出现一个无限循环的小数:0.001100110011....

    这是计算机无法完全处理小数的根本!

    对于计算机处理浮点数的现状,暂时是无法改变的。它会带来一些误差,某些时候可能会因为一些不当的操作或者数据量的增加,而导致误差过大,但是这也只能通过我们的算法和设计来减轻。

    最后,小数在内存中肯定不是以“0.25”这样带小数点的形式表示的,因为它必须转换成为二进制。书中提到了表示浮点数的IEEE745标准,也简单介绍了如何将一个浮点小数表示为二进制串,但这不是我学习的重点。因为对于这一点,先了解就好,有必要时再去深入研究。

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    顺便,推荐一下我录制的《asp.net petshop4.0源码解读》教程,免费学习!

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    总结一下:

    前文提到的文字编码和数字,让我想起了上一篇讲过的一个词——数据抽象化

    计算机本来只能识别二进制码,通过这些年来的演变,使得它可以很友好的处理我们的语言和数学知识,这怎能不叫数据抽象呢。

    再说个详细的例子,我们现在能通过打印机几秒钟打印一页文字,并轻松阅读,但是一开始要阅读计算机的语言,是打印纸带,再翻译纸带。大家可以试着通过ASCII码翻译一下这几个字母:

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