各种字符集和编码详解

在软件的编码和实现中，我们可能会碰到个一个比较头疼的问题－－编码，不同字符间的编码和解码，你确定了解各种字符的编码吗？一个朋友问到了我这个问题，我虽然能回答一两个出来，但是感觉已经有点模糊，混乱了，在网上搜了搜，在书上翻了翻，总结一下吧。首先按照字符编码的历程来看：

1. ASCII

我们需要了解的最早编码是ASCII码。它用7个二进制位来表示，由于那个时期生产的大多数计算机使用8位大小的字节，因此用户不仅可以存放所有可能的ASCII字符，而且有整整一位空余下来。如果你技艺高超，可以将该位用做自己离奇的目的：WordStar中那个发暗的灯泡实际上设置这个高位，以指示一个单词中的最后一个字母，同时这也宣示了WordStar只能用于英语文本。
　　由于字节有多达8位的空间，因此许多人在想：“呀！我们可以把128~255之间的编码用做个人的应用目的。”问题在于，同时产生这种想法的人相当多，而且在128~255之间的各个位置上应该存放什么这一问题上，真是仁者见仁智者见智。事实上，只要人们开始在美国以外的地方购买计算机，那么各种各样的不同OEM字符集都会进入规划设计行列，并且各人都会根据自己的需要使用高位的128个字符。如此一来，甚至在同语种的文档之间就不容易实现互换。 ASCII可被扩展，最优秀的扩展方案是ISO 8859-1，通常称之为Latin-1。Latin-1包括了足够的附加字符集来写基本的西欧语言。
最后，这个人人参与的OEM终于以ANSI标准的形式形成文件。在ANSI标准中，每个人都认同如何使用低端的128个编码，这与ASCII相当一致。不过，根据所在国籍的不同，处理编码128以上的字符有许多不同的方式。这些不同的系统称为代码页。
　　同时，甚至更为令人头疼的事情正在逐步上演，亚洲国家的字符表有成千上万个字符，这样的字符表是用8位二进制无法表示的。该问题的解决通常有赖于称为DBCS（double byte character set，双字节字符集）的繁杂字符系统。
　　不过，仍然需要指出一点，多数人还是姑且认为一个字节就是一个字符，以及一个字符就是8个二进制位，并且只要确保不将字符串从一台计算机移植到另一台计算机，或者说一种以上的语言，那么这几乎总是可以凑合。当然，只要一进入Internet，从一台计算机向另一台计算机移植字符串就成为家常便饭了，而各种复杂状况也随之呈现出来。令人欣慰的是，Unicode随即问世了。

作用：表语英语及西欧语言。

位数：ASCII是用7位表示的，能表示128个字符；其扩展使用8位表示，表示256个字符。

范围：ASCII从00到7F，扩展从00到FF。

2.iso8859-1

属于单字节编码，最多能表示的字符范围是0-255，应用于英文系列。比如，字母'a'的编码为0x61=97。

很明显，iso8859-1编码表示的字符范围很窄，无法表示中文字符。但是，由于是单字节编码，和计算机最基础的表示单位一致，所以很多时候，仍旧使用iso8859-1编码来表示。而且在很多协议上，默认使用该编码。比如，虽然"中文"两个字不存在iso8859-1编码，以gb2312编码为例，应该是"d6d0 cec4"两个字符，使用iso8859-1编码的时候则将它拆开为4个字节来表示："d6 d0 ce c4"（事实上，在进行存储的时候，也是以字节为单位处理的）。而如果是UTF编码，则是6个字节"e4 b8 ad e6 96 87"。很明显，这种表示方法还需要以另一种编码为基础。

作用：扩展ASCII，表示西欧、希腊语等。

位数：8位，

范围：从00到FF，兼容ASCII字符集。

3. GB码字符集

全称是GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集基本集》，1980年发布，是中文信息处理的国家标准，在大陆及海外使用简体中文的地区（如新加坡等）是强制使用的唯一中文编码。P-Windows3.2和苹果OS就是以GB2312为基本汉字编码， Windows 95/98则以GBK为基本汉字编码、但兼容支持GB2312。
双字节编码
范围：A1A1~FEFE
A1-A9：符号区，包含682个符号
B0-F7：汉字区，包含6763个汉字

4.GB2312字符集

GB2312(1980年)一共收录了7445个字符，包括6763个汉字和682个其它符号。汉字区的内码范围高字节从B0-F7，低字节从 A1-FE，占用的码位是72*94=6768。其中有5个空位是D7FA-D7FE。GB2312-80中共收录了7545个字符，用两个字节编码一个字符。每个字符最高位为0。GB2312-80编码简称国标码。

　　GB2312支持的汉字太少。1995年的汉字扩展规范GBK1.0收录了21886个符号，它分为汉字区和图形符号区。汉字区包括21003个字符。

作用：国家简体中文字符集，兼容ASCII。

位数：使用2个字节表示，能表示7445个符号，包括6763个汉字，几乎覆盖所有高频率汉字。

范围：高字节从A1到F7, 低字节从A1到FE。将高字节和低字节分别加上0XA0即可得到编码。

5. GB12345-90字符集

1990年制定了繁体字的编码标准GB12345-90《信息交换用汉字编码字符集第一辅助集》，目的在于规范必须使用繁体字的各种场合，以及古籍整理等。该标准共收录6866个汉字（比GB2312多103个字，其它厂商的字库大多不包括这些字），纯繁体的字大概有2200余个。
双字节编码
范围：A1A1~FEFE
A1-A9：符号区，增加竖排符号
B0-F9：汉字区，包含6866个汉字

6.GBK字符集

GBK编码(Chinese Internal Code Specification)是中国大陆制订的、等同于UCS的新的中文编码扩展国家标准。gbk编码能够用来同时表示繁体字和简体字，而gb2312只能表示简体字，gbk是兼容gb2312编码的。GBK工作小组于1995年10月，同年12月完成GBK规范。该编码标准兼容GB2312，共收录汉字21003个、符号883个，并提供1894个造字码位，简、繁体字融于一库。Windows95/98简体中文版的字库表层编码就采用的是GBK，通过GBK与UCS之间一一对应的码表与底层字库联系。
英文名：Chinese Internal Code Specification
中文名：汉字内码扩展规范1.0版
双字节编码，GB2312-80的扩充，在码位上和GB2312-80兼容
范围：8140~FEFE（剔除xx7F）共23940个码位
包含21003个汉字，包含了ISO/IEC 10646-1中的全部中日韩汉字

作用：它是GB2312的扩展，加入对繁体字的支持，兼容GB2312。

位数：使用2个字节表示，可表示21886个字符。

范围：高字节从81到FE，低字节从40到FE。

7. BIG5字符集

是目前台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440个符号，一级汉字5401个、二级汉字7652个，共计13060个汉字。BIG5又称大五码或五大码，1984年由台湾财团法人信息工业策进会和五间软件公司宏碁 (Acer)、神通 (MiTAC)、佳佳、零壹 (Zero One)、大众 (FIC)创立，故称大五码。Big5码的产生，是因为当时台湾不同厂商各自推出不同的编码，如倚天码、IBM PS55、王安码等，彼此不能兼容；另一方面，台湾政府当时尚未推出官方的汉字编码，而中国大陆的GB2312编码亦未有收录繁体中文字。

Big5字符集共收录13,053个中文字，该字符集在中国台湾使用。耐人寻味的是该字符集重复地收录了两个相同的字：“兀”(0xA461及0xC94A)、“嗀”(0xDCD1及0xDDFC)。

Big5码使用了双字节储存方法，以两个字节来编码一个字。第一个字节称为“高位字节”，第二个字节称为“低位字节”。高位字节的编码范围0xA1-0xF9，低位字节的编码范围0x40-0x7E及0xA1-0xFE。

尽管Big5码内包含一万多个字符，但是没有考虑社会上流通的人名、地名用字、方言用字、化学及生物科等用字，没有包含日文平假名及片假字母。

例如台湾视“着”为“著”的异体字，故没有收录“着”字。康熙字典中的一些部首用字(如“亠”、“疒”、“辵”、“癶”等)、常见的人名用字(如“堃”、“煊”、“栢”、“喆”等) 也没有收录到Big5之中。

作用：统一繁体字编码。

位数：使用2个字节表示，表示13053个汉字。

范围：高字节从A1到F9，低字节从40到7E，A1到FE。

8.GB18030字符集

GB 18030-2000全称是《信息技术信息交换用汉字编码字符集基本集的扩充》，由信息产业部和原国家质量技术监督局于2000年3月17日联合发布，作为国家强制性标准自发布之日起实施。

为了适应信息处理技术快速发展的需要，1998年10月，由信息产业部电子四所、北京大学计算机技术研究所、北大方正集团、新天地公司、四通新世纪公司、中科院软件所、长城软件公司、中软总公司、金山软件公司和联想公司的技术人员组成标准起草组。在标准研制过程中，全国信息技术标准化技术委员会多次召集标准起草组和知名公司对标准草案进行充分地研究论证，并且特邀了微软公司、惠普公司、Sun公司和IBM公司等参加，广泛征求意见。标准起草组经过反复斟酌和验证，提出了标准制定原则——与GB 2312信息处理交换码所对应的事实上的内码标准兼容，在字汇上支持GB 13000.1的全部中、日、韩(CJK)统一汉字字符和全部CJK扩充A的字符，并且确定了编码体系和27484个汉字，形成兼容性、扩展性、前瞻性兼备的方案。

该标准采用单字节、双字节和四字节三种方式对字符编码。

作用：它解决了中文、日文、朝鲜语等的编码，兼容GBK。

位数：它采用变字节表示(1 ASCII，2，4字节)。可表示27484个文字。

范围：1字节从00到7F; 2字节高字节从81到FE，低字节从40到7E和80到FE；4字节第一三字节从81到FE，第二四字节从30到39。

9.通用字符集（UCS）字符集

ISO/IEC 10646-1 [ISO-10646]定义了一种多于8比特字节的字符集，称作通用字符集（UCS），它包含了世界上大多数可书写的字符系统。已定义了两种多8比特字节编码，对每一个字符采用四个8比特字节编码的称为UCS-4，对每一个字符采用两个8比特字节编码的称为UCS-2。它们仅能够对UCS的前64K字符进行编址，超出此范围的其它部分当前还没有分配编址。

作用：国际标准 ISO 10646 定义了通用字符集 (Universal Character Set)。它是与UNICODE同类的组织，UCS-2和UNICODE兼容。

位数：它有UCS-2和UCS-4两种格式，分别是2字节和4字节。

范围：目前，UCS-4只是在UCS-2前面加了0x0000。

10.Unicode字符集

Unicode字符集（简称为UCS）,国际标准组织于1984年4月成立ISO/IEC JTC1/SC2/WG2工作组，针对各国文字、符号进行统一性编码。1991年美国跨国公司成立Unicode Consortium，并于1991年10月与WG2达成协议，采用同一编码字集。目前Unicode是采用16位编码体系，其字符集内容与ISO10646的BMP（Basic Multilingual Plane）相同。Unicode于1992年6月通过DIS（Draf International Standard），目前版本V2.0于1996公布，内容包含符号6811个，汉字20902个，韩文拼音11172个，造字区6400个，保留20249个，共计65534个。Unicode编码后的大小是一样的.例如一个英文字母 "a" 和　一个汉字 "好"，编码后都是占用的空间大小是一样的，都是两个字节！

Unicode可以用来表示所有语言的字符，而且是定长双字节（也有四字节的）编码，包括英文字母在内。所以可以说它是不兼容iso8859-1编码的，也不兼容任何编码。不过，相对于iso8859-1编码来说，uniocode编码只是在前面增加了一个0字节，比如字母'a'为"00 61"。

需要说明的是，定长编码便于计算机处理（注意GB2312/GBK不是定长编码），而unicode又可以用来表示所有字符，所以在很多软件内部是使用unicode编码来处理的，比如java。

UNICODE字符集有多个编码方式，分别是UTF-8，UTF-16，UTF-32和UTF-7编码。

UTF-8

UTF:UCS Transformation Format.考虑到unicode编码不兼容iso8859-1编码，而且容易占用更多的空间：因为对于英文字母，unicode也需要两个字节来表示。所以unicode不便于传输和存储。因此而产生了utf编码，utf编码兼容iso8859-1编码，同时也可以用来表示所有语言的字符，不过，utf编码是不定长编码，每一个字符的长度从1-6个字节不等。另外，utf编码自带简单的校验功能。一般来讲，英文字母都是用一个字节表示，而汉字使用三个字节。

注意，虽然说utf是为了使用更少的空间而使用的，但那只是相对于unicode编码来说，如果已经知道是汉字，则使用GB2312/GBK无疑是最节省的。不过另一方面，值得说明的是，虽然utf编码对汉字使用3个字节，但即使对于汉字网页，utf编码也会比unicode编码节省，因为网页中包含了很多的英文字符。

UTF8编码后的大小是不一定,例如一个英文字母"a" 和　一个汉字 "好"，编码后占用的空间大小就不样了，前者是一个字节，后者是三个字节！编码的方法是从低位到高位。黄色为标志位其它着色为了显示其，编码后的位置。

UTF-16

采用2字节，Unicode中不同部分的字符都同样基于现有的标准。这是为了便于转换。从 0x0000到0x007F是ASCII字符，从0x0080到0x00FF是ISO-8859-1对ASCII的扩展。希腊字母表使用从0x0370到0x03FF 的代码，斯拉夫语使用从0x0400到0x04FF的代码，美国使用从0x0530到0x058F的代码，希伯来语使用从0x0590到0x05FF的代 码。中国、日本和韩国的象形文字（总称为CJK）占用了从0x3000到0x9FFF的代码；

由于0x00在c语言及操作系统文件名等中有特殊意义，故很多情况下需要UTF-8编码保存文本，去掉这个0x00。举例如下：

UTF-16: 0x0080 = 0000 0000 1000 0000

UTF-8: 0xC280 = 1100 0010 1000 0000

UTF-32

采用4字节。

UTF-7

A Mail-Safe Transformation Format of Unicode(RFC1642)。这是一种使用 7 位 ASCII 码对 Unicode 码进行转换的编码。它的设计目的仍然是为了在只能传递 7 为编码的邮件网关中传递信息。 UTF-7 对英语字母、数字和常见符号直接显示，而对其他符号用修正的 Base64 编码。符号 + 和 - 号控制编码过程的开始和暂停。所以乱码中如果夹有英文单词，并且相伴有 + 号和 - 号，这就有可能是 UTF-7 编码。

作用：为世界650种语言进行统一编码，兼容ISO-8859-1。

位数：UNICODE字符集有多个编码方式，分别是UTF-8，UTF-16和UTF-32。

优缺点：

· UTF-8、UTF-16和UTF-32都可以表示有效编码空间 (U+000000-U+10FFFF) 内的所有Unicode字符。

· 使用UTF-8编码时ASCII字符只占1个字节，存储效率比较高，适用于拉丁字符较多的场合以节省空间。

· 对于大多数非拉丁字符（如中文和日文）来说，UTF-16所需存储空间最小，每个字符只占2个字节。

· Windows NT内核是Unicode（UTF-16），采用UTF-16编码在调用系统API时无需转换，处理速度也比较快。

· 采用UTF-16和UTF-32会有Big Endian和Little Endian之分，而UTF-8则没有字节顺序问题，所以UTF-8适合传输和通信。

· UTF-32采用4字节编码，一方面处理速度比较快，但另一方面也浪费了大量空间，影响传输速度，因而很少使用。
很多人以为UTF-8等和Unicode都是字符集或都是编码方式，其实这是误区。

到以上为止，大部分常用的字符集已经基本列举完毕，再看一些其他的编码方式：

MIME 编码

MIME 是“多用途网际邮件扩充协议”的缩写，在 MIME 协议之前，邮件的编码曾经有过 UUENCODE 等编码方式 ，但是由于 MIME 协议算法简单，并且易于扩展，现在已经成为邮件编码方式的主流，不仅是用来传输 8 bit 的字符，也可以用来传送二进制的文件 ，如邮件附件中的图像、音频等信息，而且扩展了很多基于MIME 的应用。从编码方式来说，MIME 定义了两种编码方法Base64与QP(Quote-Printable)

Base64

按照RFC2045的定义，Base64被定义为：Base64内容传送编码被设计用来把任意序列的8位字节描述为一种不易被人直接识别的形式。

为什么要使用Base64？

在设计这个编码的时候，我想设计人员最主要考虑了3个问题：
1.是否加密？
2.加密算法复杂程度和效率
3.如何处理传输？

加密是肯定的，但是加密的目的不是让用户发送非常安全的Email。这种加密方式主要就是“防君子不防小人”。即达到一眼望去完全看不出内容即可。
基于这个目的加密算法的复杂程度和效率也就不能太大和太低。和上一个理由类似，MIME协议等用于发送Email的协议解决的是如何收发Email，而并不是如何安全的收发Email。因此算法的复杂程度要小，效率要高，否则因为发送Email而大量占用资源，路就有点走歪了。

但是，如果是基于以上两点，那么我们使用最简单的恺撒法即可，为什么Base64看起来要比恺撒法复杂呢？这是因为在Email的传送过程中，由于历史原因，Email只被允许传送ASCII字符，即一个8位字节的低7位。因此，如果您发送了一封带有非ASCII字符（即字节的最高位是1）的Email通过有“历史问题”的网关时就可能会出现问题。网关可能会把最高位置为0！很明显，问题就这样产生了！因此，为了能够正常的传送Email，这个问题就必须考虑！所以，单单靠改变字母的位置的恺撒之类的方案也就不行了。关于这一点可以参考RFC2046。
基于以上的一些主要原因产生了Base64编码。

Base64编码要求把3个8位字节（3*8=24）转化为4个6位的字节（4*6=24），之后在6位的前面补两个0，形成8位一个字节的形式。

QP(Quote-Printable)

通常缩写为“Q”方法，其原理是把一个 8 bit 的字符用两个16进制数值表示，然后在前面加“=”。所以我们看到经过QP编码后的文件通常是这个样子：=B3=C2=BF=A1=C7=E5=A3=AC=C4=FA=BA=C3=A3=A1。

最后，我们希望你看了这篇文章之后不要混淆字符集和字符编码的概念，还有对以上谈到的各种编码方式的原因有大致的了解，象utf-8这类是为了解析unicode这种字符集而制定，而base64这类是为了解决实际的网络应用而制定。为了让你便于记忆，对先前介绍的字符集进行统计和分类：

语言	字符集	正式名称
英语、西欧语	ASCII，ISO-8859-1	MBCS多字节
简体中文	GB2312	MBCS多字节
繁体中文	BIG5	MBCS多字节
简繁中文	GBK	MBCS多字节
中文、日文及朝鲜语	GB18030	MBCS多字节
各国语言	UNICODE，UCS	DBCS宽字节