`

再次探究Unicode与ASCII编码

阅读更多

今天中午,我突然想搞清楚Unicode和UTF-8之间的关系,于是就开始在网上查资料。

 结果,这个问题比我想象的复杂,从午饭后一直看到晚上9点,才算初步搞清楚。

 下面就是我的笔记,主要用来整理自己的思路。但是,我尽量试图写得通俗易懂,希望能对其他朋友有用。毕竟,字符编码是计算机技术的基石,想要熟练使用计算机,就必须懂得一点字符编码的知识。

 1. ASCII码 

我们知道,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(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1位统一规定为0。

 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。

 中文编码的问题需要专文讨论,这篇笔记不涉及。这里只指出,虽然都是用多个字节表示一个符号,但是GB类的汉字编码与后文的Unicode和UTF-8是毫无关系的。

 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。

 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,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,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。 

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”,转换成十六进制就是E4B8A5。

 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。

 

 

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。

 这两个古怪的名称来自英国作家斯威夫特的《格列佛游记》。在该书中,小人国里爆发了内战,战争起因是人们争论,吃鸡蛋时究竟是从大头(Big- Endian)敲开还是从小头(Little-Endian)敲开。为了这件事情,前后爆发了六次战争,一个皇帝送了命,另一个皇帝丢了王位。

 因此,第一个字节在前,就是”大头方式“(Big endian),第二个字节在前就是”小头方式“(Little endian)。

 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。

 9. 延伸阅读 

* The Absolute Minimum Every Software Developer Absolutely, Positively Must Know About Unicode and Character Sets (关于字符集的最基本知识)

 * 谈谈Unicode编码 

* RFC3629:UTF-8, a transformation format of ISO 10646 (如果实现UTF-8的规定)

 

 

本文来自CSDN博客,转载请标明出处:http://blog.csdn.net/sunshinehoo/archive/2009/12/23/5062984.aspx

分享到:
评论

相关推荐

    ascii编码表(jpg)

    了解ASCII编码,你还可以深入探究其他相关主题,如EBCDIC编码、字符集的国际化和多语种支持、字符编码与解码错误,以及在网络传输中如何确保字符的正确表示。对于程序员来说,掌握这些基础知识将有助于解决跨平台和...

    编码知识入门

    例如,Windows的扩展ASCII编码和Macintosh的“标准罗马字符集”在某些代码点上可能有不同的字符分配,这就是为什么在不同操作系统中,相同的十六进制代码可能代表不同的字符。 在Web浏览器中,如果字符编码设置不...

    编码:隐匿在计算机软硬件背后的语言.7z

    二进制编码用于表示数值、字符、颜色、声音等,如ASCII码和Unicode,它们定义了字符与二进制位的对应关系,使得文字能够在计算机中存储和传输。 计算机硬件,包括CPU(中央处理器)、内存、硬盘等,都依赖于特定的...

    汉字的区位码查询软件

    在编程时,也可以利用区位码转换为相应的Unicode或ASCII编码,以实现跨平台的信息交换。 在学习和工作中,了解汉字区位码不仅可以增进对中文字符编码的理解,还可以提升在信息技术领域的专业素养。通过这款软件,...

    江苏省淮北中学高一信息技术文字及其处理技术学案

    其中,重点和难点在于理解ASCII码与汉字编码的区别,以及汉字的内码和外码概念。汉字在计算机中的编码方式,如区位码、国标码、机内码、Unicode编码等,都是学生需要掌握的基础知识。 任务一涉及了拼音的来历、作用...

    (完整版)第1章计算机基础知识教案.pdf

    此外,计算机还涉及到字符编码,如ASCII码和Unicode,用于表示文本信息。 本章节的重点在于理解计算机的发展历程,掌握计算机的组成原理,尤其是输入/输出设备的角色。难点可能包括计算机的特点和分类,以及计算机...

    BABYTEXT核心库模块.rar

    1. **文本编码**:理解不同的文本编码方式,如ASCII、UTF-8、GBK等,以及如何在易语言中进行编码转换。 2. **字符串操作**:学习易语言中如何进行字符串的创建、拼接、截取、查找、替换等基本操作。 3. **文件I/O*...

    清华大学课程之<计算机原理>

    例如,二进制补码用于表示有符号整数,IEEE 754标准用于表示浮点数,ASCII或Unicode编码用于表示字符。 2. 指令系统: 指令系统是计算机硬件能够理解和执行的一系列基本操作指令的集合,也称为机器语言。这些指令...

    西安电子科技大学微机原理1-3章

    此外,对于不同的编码方式如ASCII码、Unicode的理解,以及真值表示如原码、反码和补码的学习,将帮助学生深入掌握计算机如何表示和处理数值及字符,这对于未来编程实践和理解计算机内部逻辑有着不可替代的作用。...

    HEdit3.0(16进制编辑器)

    16进制编辑器与普通的文本编辑器不同,后者主要处理基于字符的ASCII或Unicode文本,而16进制编辑器则专注于显示和编辑二进制数据。HEdit3.0支持查看每个字节的十六进制值,这对于查看和理解非打印字符或者原始二进制...

    计算机组成原理习题与答案

    除此之外,不同的编码方式如ASCII码、Unicode等也会被介绍。计算机内存的工作机制是理解信息存储的关键,这包括RAM(随机访问存储器)和ROM(只读存储器)的特性,以及虚拟内存的概念。RAM允许信息的快速读写,而ROM...

    Morf-开源

    深入探究Morf的功能,我们首先来看URL编码,这是一种在Web应用中常见的数据编码方式,用于将非ASCII字符转换为可以在URL中使用的格式。Morf提供的URL编码功能可以帮助开发者正确处理含有特殊字符的URL,确保网络请求...

    电子计算机组成原理(计算机基础理论部分)

    信息表示包括数值类型(如整数和浮点数)、字符编码(如ASCII或Unicode)、颜色编码、声音和图像等多媒体数据的表示方式。例如,二进制转换到十进制、十六进制的转换,以及如何通过位操作进行数据处理。 逻辑部件是...

    Stream.Write 与 StreamWriter.Write 的不同

    深入探究原因,BOM(Byte Order Mark)是一个特殊的 Unicode 字符,用于指示字节序列的字节顺序。在 UTF-8 中,BOM 是 EF BB BF,正如在代码示例中看到的那样。当使用 StreamWriter.Write 写入字符串时,如果编码器...

    计算机组成原理 是答案

    计算机使用特定的数据编码方式,如ASCII码和Unicode,来表示字符。浮点数的表示则遵循IEEE 754标准,分为单精度和双精度两种格式。 运算器中的算术逻辑单元(ALU)是执行算术运算(加、减、乘、除)和逻辑运算(与...

    kiv_ti_sp:KIVTI主题的学期工作-理论信息学

    2. **数据编码**:学习二进制编码、ASCII码、Unicode编码等,理解信息如何在计算机中表示。 3. **数据压缩**:探究哈夫曼编码、算术编码等无损和有损压缩方法,实现信息的有效存储和传输。 4. **错误检测与纠正**:...

    自动聊天火星文转换程序VB源码

    2. **字符映射**:理解如何创建一个字符映射表,将普通字符映射到火星文字符,这可能涉及到ASCII码或者Unicode编码。 3. **用户界面设计**:VB提供了丰富的控件库,可以学习如何设计一个用户友好的界面,包括文本框...

    安徽省合肥市第九中学高中信息技术各种媒体信息在计算机中的表示教案

    首先,计算机处理文本的原理是基于字符编码,如ASCII码和Unicode(UTF-8)等,它们将字符转换为二进制形式,以便计算机能够理解和处理。汉字模码则是针对汉字编码的一种方式,如GB2312和GBK,它们扩展了ASCII,包含...

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics