Unicode

Unicode的来历

提到编码,首先要说的是ASCII码

ASCII码

在学校学 C 语言的时候,了解到一些计算机内部的机制,知道所有的信息最终都表示为一个二进制的字符串,每一个二进制位有 0 和 1 两种状态,通过不同的排列组合,使用 0 和 1 就可以表示世界上所有的东西,感觉有点中国“太极”的感觉——“太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦”。

在计算机种中,1 字节对应 8 位二进制数,而每位二进制数有 0、1 两种状态,因此 1 字节可以组合出 256 种状态。如果这 256 中状态每一个都对应一个符号,就能通过 1 字节的数据表示 256 个字符。美国人于是就制定了一套编码(其实就是个字典),描述英语中的字符和这 8 位二进制数的对应关系,这被称为 ASCII 码

ASCII 码一共定义了 128 个字符,例如大写的字母 A 是 65(这是十进制数,对应二进制是0100 0001)。这 128 个字符只使用了 8 位二进制数中的后面 7 位,最前面的一位统一规定为 0。

历史问题

英语用 128 个字符来编码完全是足够的,但是用来表示其他语言,128 个字符是远远不够的。于是,一些欧洲的国家就决定,将 ASCII 码中闲置的最高位利用起来,这样一来就能表示 256 个字符。但是,这里又有了一个问题,那就是不同的国家的字符集可能不同,就算它们都能用 256 个字符表示全,但是同一个码
点(也就是 8 位二进制数)表示的字符可能可能不同。例如,144 在阿拉伯人的 ASCII 码中是 گ,而在俄罗斯的 ASCII 码中是 ђ。

因此,ASCII 码的问题在于尽管所有人都在 0 - 127 号字符上达成了一致,但对于 128 - 255 号字符上却有很多种不同的解释。与此同时,亚洲语言有更多的字符需要被存储,一个字节已经不够用了。于是,人们开始使用两个字节来存储字符。

各种各样的编码方式成了系统开发者的噩梦,因为他们想把软件卖到国外。于是,他们提出了一个“内码表”的概念,可以切换到相应语言的一个内码表,这样才能显示相应语言的字母。在这种情况下,如果使用多语种,那么就需要频繁的在内码表内进行切换。

综上可以总结为,需要一部足够大的字典来标识所有的字符。最终,美国人意识到他们应该提出一种标准方案来展示世界上所有语言中的所有字符,出于这个目的,Unicode诞生了。

Unicode是什么

Unicode 当然是一本很厚的字典,记录着世界上所有字符对应的一个数字(code point)。具体是怎样的对应关系,又或者说是如何进行划分的,就不是我们考虑的问题了,我们只用知道 Unicode 给所有的字符指定了一个数字用来表示该字符。

它仅仅只是一个字符集,规定了符合对应的二进制代码,至于这个二进制代码如何存储则没有任何规定。它的想法很简单,就是为每个字符规定一个 用来表示该字符的数字,仅此而已。

Unicode 是一本很厚的字典,她将全世界所有的字符定义在一个集合里。这么多的字符不是一次性定义的,而是分区定义。每个区可以存放 65536 个(216216)字符,称为一个平面(plane)。目前,一共有 17 个(2^5)平面,也就是说,整个 Unicode 字符集的大小现在是2^21,当然实际没有这么多。

最前面的 65536 个字符位,称为基本平面(简称 BMP ),它的码点范围是从 0 到 2^16−1,写成 16 进制就是从 U+0000 到 U+FFFF。所有最常见的字符都放在这个平面,这是 Unicode 最先定义和公布的一个平面。剩下的字符都放在辅助平面(简称 SMP ),码点范围从 U+010000 到 U+10FFFF

所以unicode的code point范围用十六进制标识为:

0x0000 0000 -- 0x0010 FFFF

Unicode 编码

为了较好的解决 Unicode 的编码问题, UTF-8 和 UTF-16 两种当前比较流行的编码方式诞生了。当然还有一个 UTF-32 的编码方式,也就是上述那种定长编码,字符统一使用 4 个字节,虽然看似方便,但是却不如另外两种编码方式使用广泛。

UTF-8编码

UTF-8 是一个非常惊艳的编码方式,漂亮的实现了对 ASCII 码的向后兼容,以保证 Unicode 可以被大众接受。

UTF-8 是目前互联网上使用最广泛的一种 Unicode 编码方式,它的最大特点就是可变长。它可以使用 1 - 4 个字节表示一个字符,根据字符的不同变换长度。编码规则如下:

1、对于单个字节的字符,第一位设为 0,后面的 7 位对应这个字符的 Unicode 码点。因此,对于英文中的 0 - 127 号字符,与 ASCII 码完全相同。这意味着 ASCII 码那个年代的文档用 UTF-8 编码打开完全没有问题。

2、对于需要使用 N 个字节来表示的字符(N > 1),第一个字节的前 N 位都设为 1,第 N + 1 位设为0,剩余的 N - 1 个字节的前两位都设位 10,剩下的二进制位则使用这个字符的 Unicode 码点来填充。

十六进制表示编码范围 UTF-8二进制表示 可以填充的二进制位数
0000 0000--0000 007F 0XXXXXXX 7
0000 0080--0000 07FF 110XXXXX 10XXXXXX 11
0000 0800--0000 FFFF 1110XXXX 10XXXXXX 10XXXXXX 16
0001 0000--0010 FFFF 11110XXX 10XXXXXX 10XXXXXX 10XXXXXX 21

根据上面编码规则对照表,进行 UTF-8 编码和解码就简单多了。下面以汉字“汉”为利,具体说明如何进行 UTF-8 编码和解码。

“汉”的 Unicode 码点是 0x6c49(110 1100 0100 1001),通过上面的对照表可以发现,0x0000 6c49 位于第三行的范围,那么得出其格式为 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。接着,从“汉”的二进制数最后一位开始,从后向前依次填充对应格式中的 x,多出的 x 用 0 补上。这样,就得到了“汉”的 UTF-8 编码为 11100110 10110001 10001001,转换成十六进制就是 0xE6 0xB1 0x89

解码的过程也十分简单:如果一个字节的第一位是 0 ,则说明这个字节对应一个字符;如果一个字节的第一位1,那么连续有多少个 1,就表示该字符占用多少个字节

UTF-16编码

UTF-16 编码介于 UTF-32 与 UTF-8 之间,同时结合了定长和变长两种编码方法的特点。它的编码规则很简单:基本平面的字符占用 2 个字节,辅助平面的字符占用 4 个字节。也就是说,UTF-16 的编码长度要么是 2 个字节(U+0000 到 U+FFFF),要么是 4 个字节(U+010000 到 U+10FFFF)。那么问题来了,当我们遇到两个字节时,到底是把这两个字节当作一个字符还是与后面的两个字节一起当作一个字符呢?

这里有一个很巧妙的地方,在基本平面内,从 U+D800 到 U+DFFF 是一个空段,即这些码点不对应任何字符。因此,这个空段可以用来映射辅助平面的字符。

辅助平面的字符位共有 2^20 (2^4个平面,每个里面 2^16)个,因此表示这些字符至少需要 20 个二进制位。UTF-16 将这 20 个二进制位分成两半,前 10 位映射在 U+D800 到 U+DBFF,称为高位(H),后 10 位映射在 U+DC00 到 U+DFFF,称为低位(L)。这意味着,一个辅助平面的字符,被拆成两个基本平面的字符表示。

因此,当我们遇到两个字节,发现它的码点在 U+D800 到 U+DBFF 之间,就可以断定,紧跟在后面的两个字节的码点,应该在 U+DC00 到 U+DFFF 之间,这四个字节必须放在一起解读。

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 211,423评论 6 491
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,147评论 2 385
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 157,019评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,443评论 1 283
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,535评论 6 385
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,798评论 1 290
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,941评论 3 407
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,704评论 0 266
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,152评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,494评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,629评论 1 340
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,295评论 4 329
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,901评论 3 313
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,742评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,978评论 1 266
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,333评论 2 360
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,499评论 2 348

推荐阅读更多精彩内容