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【补充】字符串的编码

时间:2023-11-12 12:12:19浏览次数:33  
标签:编码 UTF 字节 符号 补充 Unicode 字符串 编码方式

【一】ASCII码

  • 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ASCll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SPACE是32(二进制00100000) ,大写的字母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,最前面的一位统一规定为0。

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【二】非ASCII编码

  • 如果只表示英语,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ASCIl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é,在希伯来语编码中却代表了字母Gimel (x),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GB23124,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

【三】Unicode

  • 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。
  • 这就是为什么文件经常出现乱妈,因为编码和解码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为世界上所有字符都分配了一个唯一的数字编号,这个编号范围从Ox000000到0x10FFFF(十六进制),有110多万,每个字符都有一个唯一的Unicode编号,这个编号一般写成16进制,在前面加上U+。
    • 例如:
    • U+9A6C表示汉字马,
    • U+4E25表示汉字严
    • U+0639表示阿拉伯字母Ain,
    • Unicode 就相当于一张表,建立了字符与编号之间的联系

【1】Unicode存在的问题

  • 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,汉字严的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:
    • 问题一:如何才能区别Unicode和ASCll?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?
    • 问题二︰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o,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

【2】造成的后果

  • 结果一︰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,主要有UTF-8,UTF-16,UTF-32。
  • 结果二: Unicode在很长一段时间内无法推广,直到互联网的出现

【四】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。

注意:UTF-8是 Unicode的实现方式之一。

【1】UTF-8的特点

  • 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。

【2】UTF-8的编码原则

  • UTF-8的编码规则有二条:

(1)规则一

  • 对于单字节的符号,字节的第一位设为o,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ASCll码是相同的。

(2)规则二

  • 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。

(3)总结

  • 下表总结了编码规则,字母x表示可用编码的位。
编号范围(编号对应十进制数) 二进制格式
十六进制范围:(Ox00—0x7f)十进制范围:(O—127) 0XXXXXXX
十六进制范围:(Ox80—Ox7ff)十进制范围:(128—2047) 110XXXXX 10XXXXXX
十六进制范围:(Ox800—Oxffff)十进制范围:(2048—65535) 1110XXXX 10XXXXXX 1OXXXXXX
十六进制范围:(Ox10000—Ox10fff)十进制范围:(65536以上) 11110XXX 10XXXXXX 10XXXXXX 10XXXXXX

【五】Unicode和UTF-8之间的转换

  • 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。
  • 下面,还是以汉字严为例,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(00000800 - 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

标签:编码,UTF,字节,符号,补充,Unicode,字符串,编码方式
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