字符编码知识:Unicode、UTF-8、ASCII、GB2312等编码之间是如何转换的?-阿里云开发者社区

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字符编码知识:Unicode、UTF-8、ASCII、GB2312等编码之间是如何转换的?

简介: 转自:  http://apps.hi.baidu.com/share/detail/17798660 字符编码是计算机技术的基石,想要熟练使用计算机,就必须懂得字符编码的知识。不注意的人可能对这个不在意,但这些名词有时候实在让人迷惑,对想学习计算机知识的人来说,搞懂它也十分重要,我也是在学习中慢慢了解了一些这方面的知识。
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转自:  http://apps.hi.baidu.com/share/detail/17798660

字符编码是计算机技术的基石,想要熟练使用计算机,就必须懂得字符编码的知识。不注意的人可能对这个不在意,但这些名词有时候实在让人迷惑,对想学习计算机知识的人来说,搞懂它也十分重要,我也是在学习中慢慢了解了一些这方面的知识。

1. ASCII码

     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0000000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,一直沿用至今。

ASCII码一共规定了128个字符的编码,比如空格“SPACE”是32(十进制的32,用二进制表示就是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1位统一规定为0。下面是截图:具体的可以到这个网页上去查下:http://www.nengcha.com/code/ascii/all/

2、非ASCII编码

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ASCII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 (ג),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GB2312,使用两个字节表示一个汉字,所以理论上最多可以表示256x256=65536个符号。

3.Unicode

正如上一节所说,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。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。解释:同一个文本文件,假设内容是用英语写的,在英语编码的情况下,每个字符会和一个二进制数对应(如00101000类似),然后存到计算机中,这时把这个英语文件发给一个俄语国家的用户,计算机传输的是二进制流,即0101之类的数据,到了俄语用户这方,需要有它的俄语编码方式进行解码,把每个二进制流转为字符显示,由于俄语编码表中对每串二进制流数据的解释方式不同,同一个数据如00101000在英语中可能代表A,而在俄语中则代表B,这样就会产生乱码,这是我个人的理解。

GB2312编码、日文编码等也是非unicode编码,是要通过转换表(codepage)转换成unicode编码的,要不怎么显示出来呢?

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当然是一个很大的集合,现在的规模可以容纳100多万个符号。每个符号的编码都不一样,比如,U+0639表示阿拉伯字母Ain,U+0041表示英语的大写字母A,U+4E25表示汉字“严”。具体的符号对应表,可以查询unicode.org,或者专门的汉字对应表

4. Unicode的问题

需要注意的是,Unicode只是一个符号集,只是一种规范、标准,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在计算机上。

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,第一个问题是,如何才能区别unicode和ascii?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?第二个问题是,我们已经知道,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,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,这是无法接受的。

它们造成的结果是:1)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。2)unicode在很长一段时间内无法推广,直到互联网的出现。

5.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和UTF-32,不过在互联网上基本不用。重复一遍,这里的关系是,UTF-8是Unicode的实现方式之一,它规定了字符如何在计算机中存储、传输等。

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。

UTF-8的编码规则很简单,只有二条:

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。因此对于英语字母,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 0080-0000 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,演示如何实现UTF-8编码。

已知“严”的unicode是4E25(100111000100101),根据上表,可以发现4E25处在第三行的范围内(0000 0800-0000 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”,这是保存在计算机中的实际数据,转换成十六进制就是E4B8A5,转成十六进制的目的为了便于阅读。

6. Unicode与UTF-8之间的转换

通过上一节的例子,可以看到“严”的Unicode码是4E25,UTF-8编码是E4B8A5,两者是不一样的。它们之间的转换可以通过程序实现。

在Windows平台下,有一个最简单的转化方法,就是使用内置的记事本小程序Notepad.exe。打开文件后,点击“文件”菜单中的“另存为”命令,会跳出一个对话框,在最底部有一个“编码”的下拉条。

bg2007102801.jpg

里面有四个选项:ANSI,Unicode,Unicode big endian 和 UTF-8。

1)ANSI是默认的编码方式。对于英文文件是ASCII编码,对于简体中文文件是GB2312编码(只针对Windows简体中文版,如果是繁体中文版会采用Big5码)。

2)Unicode编码指的是UCS-2编码方式,即直接用两个字节存入字符的Unicode码。这个选项用的little endian格式。

3)Unicode big endian编码与上一个选项相对应。我在下一节会解释little endian和big endian的涵义。

4)UTF-8编码,也就是上一节谈到的编码方法。

选择完”编码方式“后,点击”保存“按钮,文件的编码方式就立刻转换好了。

7. Little endian和Big endian

上一节已经提到,Unicode码可以采用UCS-2格式直接存储。以汉字”严“为例,Unicode码是4E25,需要用两个字节存储,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。

那么很自然的,就会出现一个问题:计算机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别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FE FF,就表示该文件采用大头方式;如果头两个字节是FF FE,就表示该文件采用小头方式。

8. 实例

下面,举一个实例。

打开”记事本“程序Notepad.exe,新建一个文本文件,内容就是一个”严“字,依次采用ANSI,Unicode,Unicode big endian 和 UTF-8编码方式保存。

然后,用文本编辑软件UltraEdit中的”十六进制功能“,观察该文件的内部编码方式。

1)ANSI:文件的编码就是两个字节“D1 CF”,这正是“严”的GB2312编码,这也暗示GB2312是采用大头方式存储的。

2)Unicode:编码是四个字节“FF FE 25 4E”,其中“FF FE”表明是小头方式存储,真正的编码是4E25。

3)Unicode big endian:编码是四个字节“FE FF 4E 25”,其中“FE FF”表明是大头方式存储。

4)UTF-8:编码是六个字节“EF BB BF E4 B8 A5”,前三个字节“EF BB BF”表示这是UTF-8编码,后三个“E4B8A5”就是“严”的具体编码,它的存储顺序与编码顺序是一致的。

推荐这篇文章看一下:http://wiki.ubuntu.org.cn/index.php?title=Unicode&variant=zh-cn#.E8.B5.B7.E6.BA.90.E8.88.87.E7.99.BC.E5.B1.95

9.解决的问题:

一、如何在中文系统中运行非Unicode编码程序?
有很多意大利文版(除英文版)学习软件、百科全书等软件在中文系统上会出现乱码,解决方法:
WindowsXP内核是Unicode编码,支持多语种,对于Unicode编码的应用程序会正常显示原文(因为windows核心是用unicode代码写的,所以不存在问题),但是,很多程序不是用Unicode编码写的,这时WindowsXP系统可以指定以特定的编码运行非Unicode编码程序,中文版WindowsXP默认的是“简体中文GB2312”。你只需在控制面板--〉区域和语言选项--〉高级--〉为非Unicode程序的语言选择“意大利语”,即可正确运行意大利文版的游戏程序。分析:我理解的流程是这样:程序------>意大利语编码(转换表codepage)------>解释成unicode识别的编码(通过指定的转换表将非 Unicode 的字符编码转换为同一字符对应的系统内部使用的 Unicode 编码)------>被系统翻译成意大利文(因为每个unicode编码对应了相应的意大利文字),便可以正常显示了。

二、消除网页乱码?

网页乱码是浏览器对HTML网页解释时形成的,如果网页制作时编码为繁体big5,浏览器却以编码gb2312显示该网页,就会出现乱码,因此只要你在浏览器中也以繁体big5显示该网页,就会消除乱码。打个比方有些像字典,繁体字得用繁体字典来查看,简体字得用简体字典来查看,不然你看不懂。

  【解决办法】:在浏览器中选择“编码”菜单,事先为浏览器安装多语言支持包(例如在安装IE时要安装多语言支持包),这样当浏览网页出现乱码时,即可手工更改查看此网页的编码方式,在浏览器中选择菜单栏下的“查看”/“编码”/“自动选择”/简体中文(GB2312),如为繁体中文则选择“查看”/“编码”/“自动选择”/繁体中文(BIG5),其他语言依此类推,便可消除网页乱码现象。 分析:因为繁体big5编码后的文件,每个文字对应一个二进制流(假设是1212对应这个字),当我们以编码gb2312显示该网页时,gb2312编码会到表里去找1212(二进制流不会变的)对应谁,肯定不再是这个字了,当然显示的就不再是那个字了,也就会出现乱码了。这样理解简单些,其实中间还要转换成同一字符对应的系统内部使用的 Unicode 编码,然后通过系统底层unicode编码还原成相应字符显示出来。

推荐两个编码查询网站:1.http://www.nengcha.com/code/ascii/

                     2.http://bm.kdd.cc/

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