Unicode編碼介紹

先從ASCII說起。ASCII是用來表示英文字符的一種編碼規(guī)范，每個ASCII字符占用1個字節(jié)（8bits）?

因此，ASCII編碼可以表示的最大字符數(shù)是256，其實英文字符并沒有那么多，一般只用前128個（最高位為0），其中包括了控制字符、數(shù)字、大小寫字母和其他一些符號?。

而最高位為1的另128個字符被成為“擴展ASCII”，一般用來存放英文的制表符、部分音標(biāo)字符等等的一些其他符號?

這種字符編碼規(guī)范顯然用來處理英文沒有什么問題?。（實際上也可以用來處理法文、德文等一些其他的西歐字符，但是不能和英文通用），但是面對中文、阿拉伯文之類復(fù)雜的文字，255個字符顯然不夠用?

于是，各個國家紛紛制定了自己的文字編碼規(guī)范，其中中文的文字編碼規(guī)范叫做“GB2312-80”，它是和ASCII兼容的一種編碼規(guī)范，其實就是利用擴展ASCII沒有真正標(biāo)準(zhǔn)化這一點，把一個中文字符用兩個擴展ASCII字符來表示。?

但是這個方法有問題，最大的問題就是，中文文字沒有真正屬于自己的編碼，因為擴展ASCII碼雖然沒有真正的標(biāo)準(zhǔn)化，但是PC里的ASCII碼還是有一個事實標(biāo)準(zhǔn)的（存放著英文制表符），所以很多軟件利用這些符號來畫表格。這樣的軟件用到中文系統(tǒng)中，這些表格符就會被誤認(rèn)作中文字，破壞版面。而且，統(tǒng)計中英文混合字符串中的字?jǐn)?shù)，也是比較復(fù)雜的，我們必須判斷一個ASCII碼是否擴展，以及它的下一個ASCII是否擴展，然后才“猜”那可能是一個中文字?。

總之當(dāng)時處理中文是很痛苦的。而更痛苦的是GB2312是國家標(biāo)準(zhǔn)，***當(dāng)時有一個Big5編碼標(biāo)準(zhǔn)，很多編碼和GB是相同的，所以……，嘿嘿。?

這時候，我們就知道，要真正解決中文問題，不能從擴展ASCII的角度入手，也不能僅靠中國一家來解決。而必須有一個全新的編碼系統(tǒng)，這個系統(tǒng)要可以將中文、英文、法文、德文……等等所有的文字統(tǒng)一起來考慮，為每個文字都分配一個單獨的編碼，這樣才不會有上面那種現(xiàn)象出現(xiàn)。?

于是，Unicode誕生了。?

Unicode有兩套標(biāo)準(zhǔn)，一套叫UCS-2(Unicode-16)，用2個字節(jié)為字符編碼，另一套叫UCS-4(Unicode-32)，用4個字節(jié)為字符編碼。?

以目前常用的UCS-2為例，它可以表示的字符數(shù)為2^16=65535，基本上可以容納所有的歐美字符和絕大部分的亞洲字符?。

UTF-8的問題后面會提到?。

在Unicode里，所有的字符被一視同仁。漢字不再使用“兩個擴展ASCII”，而是使用“1個Unicode”，注意，現(xiàn)在的漢字是“一個字符”了，于是，拆字、統(tǒng)計字?jǐn)?shù)這些問題也就自然而然的解決了?。

但是，這個世界不是理想的，不可能在一夜之間所有的系統(tǒng)都使用Unicode來處理字符，所以Unicode在誕生之日，就必須考慮一個嚴(yán)峻的問題：和ASCII字符集之間的不兼容問題。?

我們知道，ASCII字符是單個字節(jié)的，比如“A”的ASCII是65。而Unicode是雙字節(jié)的，比如“A”的Unicode是0065，這就造成了一個非常大的問題：以前處理ASCII的那套機制不能被用來處理Unicode了?。

另一個更加嚴(yán)重的問題是，C語言使用'\0'作為字符串結(jié)尾，而Unicode里恰恰有很多字符都有一個字節(jié)為0，這樣一來，C語言的字符串函數(shù)將無法正常處理Unicode，除非把世界上所有用C寫的程序以及他們所用的函數(shù)庫全部換掉?。

于是，比Unicode更偉大的東東誕生了，之所以說它更偉大是因為它讓Unicode不再存在于紙上，而是真實的存在于我們大家的電腦中。那就是：UTF?。

UTF=?UCS?Transformation?Format?UCS轉(zhuǎn)換格式?

它是將Unicode編碼規(guī)則和計算機的實際編碼對應(yīng)起來的一個規(guī)則。現(xiàn)在流行的UTF有2種：UTF-8和UTF-16?。

其中UTF-16和上面提到的Unicode本身的編碼規(guī)范是一致的，這里不多說了。而UTF-8不同，它定義了一種“區(qū)間規(guī)則”，這種規(guī)則可以和ASCII編碼保持最大程度的兼容?。

UTF-8有點類似于Haffman編碼，它將Unicode編碼為00000000-0000007F的字符，用單個字節(jié)來表示；?

00000080-000007FF的字符用兩個字節(jié)表示?

00000800-0000FFFF的字符用3字節(jié)表示?

因為目前為止Unicode-16規(guī)范沒有指定FFFF以上的字符，所以UTF-8最多是使用3個字節(jié)來表示一個字符。但理論上來說，UTF-8最多需要用6字節(jié)表示一個字符。?

在UTF-8里，英文字符仍然跟ASCII編碼一樣，因此原先的函數(shù)庫可以繼續(xù)使用。而中文的編碼范圍是在0080-07FF之間，因此是2個字節(jié)表示（但這兩個字節(jié)和GB編碼的兩個字節(jié)是不同的），用專門的Unicode處理類可以對UTF編碼進(jìn)行處理。?

下面說說中文的問題。?

由于歷史的原因，在Unicode之前，一共存在過3套中文編碼標(biāo)準(zhǔn)。?

GB2312-80，是中國大陸使用的國家標(biāo)準(zhǔn)，其中一共編碼了6763個常用簡體漢字。Big5，是***使用的編碼標(biāo)準(zhǔn)，編碼了***使用的繁體漢字，大概有8千多個。HKSCS，是中國香港使用的編碼標(biāo)準(zhǔn)，字體也是繁體，但跟Big5有所不同。?

這3套編碼標(biāo)準(zhǔn)都采用了兩個擴展ASCII的方法，因此，幾套編碼互不兼容，而且編碼區(qū)間也各有不同?

因為其不兼容性，在同一個系統(tǒng)中同時顯示GB和Big5基本上是不可能的。當(dāng)時的南極星、RichWin等等軟件，在自動識別中文編碼、自動顯示正確編碼方面都做了很多努力?。

他們用了怎樣的技術(shù)我就不得而知了，我知道好像南極星曾經(jīng)以同屏顯示繁簡中文為賣點。?

后來，由于各方面的原因，國際上又制定了針對中文的統(tǒng)一字符集GBK和GB18030，其中GBK已經(jīng)在Windows、Linux等多種操作系統(tǒng)中被實現(xiàn)。?

GBK兼容GB2312，并增加了大量不常用漢字，還加入了幾乎所有的Big5中的繁體漢字。但是GBK中的繁體漢字和Big5中的幾乎不兼容。?

GB18030相當(dāng)于是GBK的超集，比GBK包含的字符更多。據(jù)我所知目前還沒有操作系統(tǒng)直接支持GB18030。?


談?wù)刄nicode編碼，簡要解釋UCS、UTF、BMP、BOM等名詞?
這是一篇程序員寫給程序員的趣味讀物。所謂趣味是指可以比較輕松地了解一些原來不清楚的概念，增進(jìn)知識，類似于打RPG游戲的升級。整理這篇文章的動機是兩個問題：

問題一：?
使用Windows記事本的“另存為”，可以在GBK、Unicode、Unicode?big?endian和UTF-8這幾種編碼方式間相互轉(zhuǎn)換。同樣是txt文件，Windows是怎樣識別編碼方式的呢？

我很早前就發(fā)現(xiàn)Unicode、Unicode?big?endian和UTF-8編碼的txt文件的開頭會多出幾個字節(jié)，分別是FF、FE（Unicode）,FE、FF（Unicode?big?endian）,EF、BB、BF（UTF-8）。但這些標(biāo)記是基于什么標(biāo)準(zhǔn)呢？

問題二：?
最近在網(wǎng)上看到一個ConvertUTF.c，實現(xiàn)了UTF-32、UTF-16和UTF-8這三種編碼方式的相互轉(zhuǎn)換。對于Unicode(UCS2)、GBK、UTF-8這些編碼方式，我原來就了解。但這個程序讓我有些糊涂，想不起來UTF-16和UCS2有什么關(guān)系。?
查了查相關(guān)資料，總算將這些問題弄清楚了，順帶也了解了一些Unicode的細(xì)節(jié)。寫成一篇文章，送給有過類似疑問的朋友。本文在寫作時盡量做到通俗易懂，但要求讀者知道什么是字節(jié)，什么是十六進(jìn)制。

0、big?endian和little?endian
big?endian和little?endian是CPU處理多字節(jié)數(shù)的不同方式。例如“漢”字的Unicode編碼是6C49。那么寫到文件里時，究竟是將6C寫在前面，還是將49寫在前面？如果將6C寫在前面，就是big?endian。還是將49寫在前面，就是little?endian。

“endian”這個詞出自《格列佛游記》。小人國的內(nèi)戰(zhàn)就源于吃雞蛋時是究竟從大頭(Big-Endian)敲開還是從小頭(Little-Endian)敲開，由此曾發(fā)生過六次叛亂，其中一個皇帝送了命，另一個丟了王位。

我們一般將endian翻譯成“字節(jié)序”，將big?endian和little?endian稱作“大尾”和“小尾”。

1、字符編碼、內(nèi)碼，順帶介紹漢字編碼
字符必須編碼后才能被計算機處理。計算機使用的缺省編碼方式就是計算機的內(nèi)碼。早期的計算機使用7位的ASCII編碼，為了處理漢字，程序員設(shè)計了用于簡體中文的GB2312和用于繁體中文的big5。

GB2312(1980年)一共收錄了7445個字符，包括6763個漢字和682個其它符號。漢字區(qū)的內(nèi)碼范圍高字節(jié)從B0-F7，低字節(jié)從A1-FE，占用的碼位是72*94=6768。其中有5個空位是D7FA-D7FE。

GB2312支持的漢字太少。1995年的漢字?jǐn)U展規(guī)范GBK1.0收錄了21886個符號，它分為漢字區(qū)和圖形符號區(qū)。漢字區(qū)包括21003個字符。2000年的GB18030是取代GBK1.0的正式國家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)收錄了27484個漢字，同時還收錄了藏文、蒙文、維吾爾文等主要的少數(shù)民族文字?，F(xiàn)在的PC平臺必須支持GB18030，對嵌入式產(chǎn)品暫不作要求。所以手機、MP3一般只支持GB2312。

從ASCII、GB2312、GBK到GB18030，這些編碼方法是向下兼容的，即同一個字符在這些方案中總是有相同的編碼，后面的標(biāo)準(zhǔn)支持更多的字符。在這些編碼中，英文和中文可以統(tǒng)一地處理。區(qū)分中文編碼的方法是高字節(jié)的最高位不為0。按照程序員的稱呼，GB2312、GBK到GB18030都屬于雙字節(jié)字符集?(DBCS)。

有的中文Windows的缺省內(nèi)碼還是GBK，可以通過GB18030升級包升級到GB18030。不過GB18030相對GBK增加的字符，普通人是很難用到的，通常我們還是用GBK指代中文Windows內(nèi)碼。

這里還有一些細(xì)節(jié)：

GB2312的原文還是區(qū)位碼，從區(qū)位碼到內(nèi)碼，需要在高字節(jié)和低字節(jié)上分別加上A0。

在DBCS中，GB內(nèi)碼的存儲格式始終是big?endian，即高位在前。

GB2312的兩個字節(jié)的最高位都是1。但符合這個條件的碼位只有128*128=16384個。所以GBK和GB18030的低字節(jié)最高位都可能不是1。不過這不影響DBCS字符流的解析：在讀取DBCS字符流時，只要遇到高位為1的字節(jié)，就可以將下兩個字節(jié)作為一個雙字節(jié)編碼，而不用管低字節(jié)的高位是什么。

2、Unicode、UCS和UTF
前面提到從ASCII、GB2312、GBK到GB18030的編碼方法是向下兼容的。而Unicode只與ASCII兼容（更準(zhǔn)確地說，是與ISO-8859-1兼容），與GB碼不兼容。例如“漢”字的Unicode編碼是6C49，而GB碼是BABA。

Unicode也是一種字符編碼方法，不過它是由國際組織設(shè)計，可以容納全世界所有語言文字的編碼方案。Unicode的學(xué)名是"Universal?Multiple-Octet?Coded?Character?Set"，簡稱為UCS。UCS可以看作是"Unicode?Character?Set"的縮寫。

根據(jù)維基百科全書的記載：歷史上存在兩個試圖獨立設(shè)計Unicode的組織，即國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和一個軟件制造商的協(xié)會（unicode.org）。ISO開發(fā)了ISO?10646項目，Unicode協(xié)會開發(fā)了Unicode項目。

在1991年前后，雙方都認(rèn)識到世界不需要兩個不兼容的字符集。于是它們開始合并雙方的工作成果，并為創(chuàng)立一個單一編碼表而協(xié)同工作。從Unicode2.0開始，Unicode項目采用了與ISO?10646-1相同的字庫和字碼。

目前兩個項目仍都存在，并獨立地公布各自的標(biāo)準(zhǔn)。Unicode協(xié)會現(xiàn)在的最新版本是2005年的Unicode?4.1.0。ISO的最新標(biāo)準(zhǔn)是10646-3:2003。

UCS規(guī)定了怎么用多個字節(jié)表示各種文字。怎樣傳輸這些編碼，是由UTF(UCS?Transformation?Format)規(guī)范規(guī)定的，常見的UTF規(guī)范包括UTF-8、UTF-7、UTF-16。

IETF的RFC2781和RFC3629以RFC的一貫風(fēng)格，清晰、明快又不失嚴(yán)謹(jǐn)?shù)孛枋隽薝TF-16和UTF-8的編碼方法。我總是記不得IETF是Internet?Engineering?Task?Force的縮寫。但I(xiàn)ETF負(fù)責(zé)維護的RFC是Internet上一切規(guī)范的基礎(chǔ)。

3、UCS-2、UCS-4、BMP

UCS有兩種格式：UCS-2和UCS-4。顧名思義，UCS-2就是用兩個字節(jié)編碼，UCS-4就是用4個字節(jié)（實際上只用了31位，最高位必須為0）編碼。下面讓我們做一些簡單的數(shù)學(xué)游戲：

UCS-2有2^16=65536個碼位，UCS-4有2^31=2147483648個碼位。

UCS-4根據(jù)最高位為0的最高字節(jié)分成2^7=128個group。每個group再根據(jù)次高字節(jié)分為256個plane。每個plane根據(jù)第3個字節(jié)分為256行?(rows)，每行包含256個cells。當(dāng)然同一行的cells只是最后一個字節(jié)不同，其余都相同。

group?0的plane?0被稱作Basic?Multilingual?Plane,?即BMP?；蛘哒fUCS-4中，高兩個字節(jié)為0的碼位被稱作BMP。

將UCS-4的BMP去掉前面的兩個零字節(jié)就得到了UCS-2。在UCS-2的兩個字節(jié)前加上兩個零字節(jié)，就得到了UCS-4的BMP。而目前的UCS-4規(guī)范中還沒有任何字符被分配在BMP之外。

4、UTF編碼

UTF-8就是以8位為單元對UCS進(jìn)行編碼。從UCS-2到UTF-8的編碼方式如下：

UCS-2編碼(16進(jìn)制)?UTF-8?字節(jié)流(二進(jìn)制)?
0000?-?007F?0xxxxxxx?
0080?-?07FF?110xxxxx?10xxxxxx?
0800?-?FFFF?1110xxxx?10xxxxxx?10xxxxxx?

例如“漢”字的Unicode編碼是6C49。6C49在0800-FFFF之間，所以肯定要用3字節(jié)模板了：1110xxxx?10xxxxxx?10xxxxxx。將6C49寫成二進(jìn)制是：0110?110001?001001，?用這個比特流依次代替模板中的x，得到：11100110?10110001?10001001，即E6?B1?89。

讀者可以用記事本測試一下我們的編碼是否正確。

UTF-16以16位為單元對UCS進(jìn)行編碼。對于小于0x10000的UCS碼，UTF-16編碼就等于UCS碼對應(yīng)的16位無符號整數(shù)。對于不小于0x10000的UCS碼，定義了一個算法。不過由于實際使用的UCS2，或者UCS4的BMP必然小于0x10000，所以就目前而言，可以認(rèn)為UTF-16和UCS-2基本相同。但UCS-2只是一個編碼方案，UTF-16卻要用于實際的傳輸，所以就不得不考慮字節(jié)序的問題。

5、UTF的字節(jié)序和BOM
UTF-8以字節(jié)為編碼單元，沒有字節(jié)序的問題。UTF-16以兩個字節(jié)為編碼單元，在解釋一個UTF-16文本前，首先要弄清楚每個編碼單元的字節(jié)序。例如收到一個“奎”的Unicode編碼是594E，“乙”的Unicode編碼是4E59。如果我們收到UTF-16字節(jié)流“594E”，那么這是“奎”還是“乙”？

Unicode規(guī)范中推薦的標(biāo)記字節(jié)順序的方法是BOM。BOM不是“Bill?Of?Material”的BOM表，而是Byte?Order?Mark。BOM是一個有點小聰明的想法：

在UCS編碼中有一個叫做"ZERO?WIDTH?NO-BREAK?SPACE"的字符，它的編碼是FEFF。而FFFE在UCS中是不存在的字符，所以不應(yīng)該出現(xiàn)在實際傳輸中。UCS規(guī)范建議我們在傳輸字節(jié)流前，先傳輸字符"ZERO?WIDTH?NO-BREAK?SPACE"。

這樣如果接收者收到FEFF，就表明這個字節(jié)流是Big-Endian的；如果收到FFFE，就表明這個字節(jié)流是Little-Endian的。因此字符"ZERO?WIDTH?NO-BREAK?SPACE"又被稱作BOM。

UTF-8不需要BOM來表明字節(jié)順序，但可以用BOM來表明編碼方式。字符"ZERO?WIDTH?NO-BREAK?SPACE"的UTF-8編碼是EF?BB?BF（讀者可以用我們前面介紹的編碼方法驗證一下）。所以如果接收者收到以EF?BB?BF開頭的字節(jié)流，就知道這是UTF-8編碼了。

Windows就是使用BOM來標(biāo)記文本文件的編碼方式的。

6、進(jìn)一步的參考資料
本文主要參考的資料是?"Short?overview?of?ISO-IEC?10646?and?Unicode"?

我還找了兩篇看上去不錯的資料，不過因為我開始的疑問都找到了答案，所以就沒有看：

"Understanding?Unicode?A?general?introduction?to?the?Unicode?Standard"?(http://scripts.sil.org/cms/scripts/page.php?site_id=nrsi&item_id=IWS-Chapter04a)?
"Character?set?encoding?basics?Understanding?character?set?encodings?and?legacy?encodings"?(http://scripts.sil.org/cms/scripts/page.php?site_id=nrsi&item_id=IWS-Chapter03)??
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