编码历史
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个字符被编码到计算机里,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字符集应运而生。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UCS-16编码,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。
如果统一成Unicode编码,乱码问题从此消失了。但是,新问题来了,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 | ASCII | Unicode | UTF-8 |
---|---|---|---|
A | 01000001 | 00000000 01000001 | 01000001 |
中 | 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:
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:
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。
参考:https://liaoxuefeng.com/books/python/basic/string-encoding/index.html
不同语言的字符串对比
Python的字符串
在 Python 3.x 中,字符串类型 (str
) 默认使用 Unicode 编码。这意味着 Python 3.x 的字符串可以包含任何 Unicode 字符,并且在内部通常以 UTF-32 或 UTF-16 编码存储,这取决于 Python 的实现和编译器的具体细节。
Python 3.x 的 str
类型是 Unicode 字符串,而 bytes
类型则代表原始的字节序列。当你从文件或其他源读取文本时,通常需要显式地指定编码,例如使用 open
函数的 encoding
参数来指定读取或写入文件时的编码。
s = "Hello, 世界!"
# s 在内部使用 Unicode 编码存储,通常为 UTF-32 或 UTF-16
JAVA的字符串
在 Java 中,字符串对象 (String
) 内部是以 Unicode 编码的形式存储的。Java 使用 UTF-16 编码来表示字符串中的每个字符。这意味着每个字符占用 16 位(2 个字节),对于基本多文种平面(BMP)中的大多数字符而言,这足够了。对于不在 BMP 中的字符(即增补平面的字符),Java 使用代理项对来表示,这样每个这样的字符实际上占用了 4 个字节。
因此,Java 的 String
类型本质上是 Unicode 字符串,而具体的编码(例如 UTF-8 或 UTF-16)通常只在字符串与外部资源(如文件或网络流)交互时才需要考虑。
String str = "Hello, 世界!"; // str 在内部使用 UTF-16 编码存储
总结
- Java:
String
类型内部使用 UTF-16 编码存储。 - Python:
str
类型内部使用 Unicode 编码存储,通常是 UTF-32 或 UTF-16,具体取决于 Python 实现。
在处理文件读写时,尽管内部字符串编码是 Unicode,你仍然需要指定文件的编码格式,特别是当你读写包含非 ASCII 字符的文件时。例如,当从文件读取字符串或将字符串写入文件时,应该显式指定 UTF-8
编码,这是最常用且最通用的编码方式。