• 计算机字符编码


    计算机内部所有数据都是使用二进制表示。

    每一个符号、字符都对应一个二进制的数值,存到计算机中,当再次打开的时候按照一种方式再还原成字符、符号

    对应的关系叫做字符集,最初的字符集ASCII(A=65 a=97),适用于使用英语的国家。

    为了满足各个国家的使用,给各个字符都分配一个数,就产生了Unicode编码

    真正开始落地实施的是UTF-8(互联网上使用最广的Unicode的实现方式)

    ANSI(美国标准的)相当于在中文系统下相当于gbk

     保存是设置编码为utf-8

     要想不出现乱码要保证写入和读取时使用一样的字符集

     


      

     二、常见字符编码的介绍 首先来看一下常用的编码有哪些,截图自 Notepad++。

    其中 ANSI 在中国大陆即为 GBK(以前是 GB2312),最常用的是 GBK 和 UTF8 无 BOM 编码格式。

    后面三个都是有 BOM 头的文本格 式,UCS-2 即为人们常说的 Unicode 编码,又分为大端、小端。

    所谓 BOM 头(Byte Order Mark)就是文本文件中开始的几个并不表示任何字符的字节,用二 进制编辑器(如 bz.exe)就能看到了。

    UTF8 的 BOM 头为 0xEF 0xBB 0xBF

    Unicode 大端模式为 0xFE 0xFF

    Unicode小端模式为 0xFF 0xFE

    说明:需要添加插件 HEX-Editor

    ASCII 码

    计算机一开始发明的时候是用来解决数字计算的问题,后来人们发现,计算机还可以做更多的 事,例如文本处理。

    但由于计算机只识“数”,因此人们必须告诉计算机哪个数字来代表哪个 特定字符,例如 65 代表字母‘A’,66 代表字母‘B’,以此类推。

    但是计算机之间字符-数字 的对应关系必须得一致,否则就会造成同一段数字在不同计算机上显示出来的字符不一样。

    因此美国国家标准协会 ANSI 制定了一个标准,规定了常用字符的集合以及每个字符对应的编号, 这就是 ASCII 字符集(Character Set),也称 ASCII 码。

    那时候的字符编解码系统非常简单,就是简单的查表过程。

    例如将字符序列编码为二进制流写 入存储设备,只需要在 ASCII 字符集中依次找到字符对应的字节,然后直接将该字节写入存储 设备即可。

    解码二进制流的过程也是类似。

    其中:

    • 0~31 及 127(共 33 个)是控制字符或通信专用字符(其余为可显示字符),如控制符:LF(换 行)、CR(回车)、FF(换页)、DEL(删除)、BS(退格)
    • 32~126(共 95 个)是字符(32 是空格),其中 48~57 为 0 到 9 十个阿拉伯数字。
    • 65~90 为 26 个大写英文字母,97~122 号为 26 个小写英文字母,其余为一些标点符号、 运算符号等。
    • 后 128 个称为扩展 ASCII 码。许多基于 x86 的系统都支持使用扩展(或“高”)ASCII。扩展 ASCII 码允许将每个字符的第 8 位用于确定附加的 128 个特殊符号字符、外来语字母和图 形符号。

     OEM 字符集的衍生

    当计算机开始发展起来的时候,人们逐渐发现,ASCII 字符集里那可怜的 128 个字符已经不能 再满足他们的需求了。

    人们就在想,一个字节能够表示的数字(编号)有 256 个,而 ASCII 字 符只用到了 0x00~0x7F,

    也就是占用了前 128 个,后面 128 个数字不用白不用,因此很多人打 起了后面这 128 个数字的主意。

    可是问题在于,很多人同时有这样的想法,但是大家对于 0x80-0xFF 这后面的 128 个数字分别对应什么样的字符,却有各自的想法。

    这就导致了当时销 往世界各地的机器上出现了大量各式各样的 OEM 字符集。

    大家对于 0x00~0x7F 这个范围的解释基本是相同的,而对于后半部分 0x80~0xFF 的解释却不一 定相同。

    甚至有时候同样的字符在不同 OEM 字符集中对应的字节也是不同的。

    不同的 OEM 字符集导致人们无法跨机器交流各种文档。

    例如

    职员甲发了一封简历 résumés 给 职员乙,结果职员乙看到的却是 r?sum?s,因为é字符在职员甲机器上的 OEM 字符集中对应的 字节是 0x82,而在职员乙的机器上,由于使用的 OEM 字符集不同,对 0x82 字节解码后得到 的字符却是?。

    多字节字符集(MBCS)和中文字符集

    上面我们提到的字符集都是基于单字节编码,也就是说,一个字节翻译成一个字符。这对于拉 丁语系国家来说可能没有什么问题,因为他们通过扩展第8个比特,就可以得到256个字符了,足够用了。

    但是对于亚洲国家来说,256 个字符是远远不够用的。因此这些国家的人为了用上 电脑,又要保持和 ASCII 字符集的兼容,就发明了多字节编码方式,相应的字符集就称为多字 节字符集(Muilti-Bytes Charecter Set)。

    例如中国使用的就是双字节字符集编码。 例如目前最常用的中文字符集 GB2312,涵盖了所有简体字符以及一部分其他字符;

    GBK(K 代 表扩展的意思)则在 GB2312 的基础上加入了对繁体字符等其他非简体字符。

    这两个字符集的 字符都是使用 1-2 个字节来表示。

    Windows 系统采用 936 代码页来实现对 GBK 字符集的编解码。

    在解析字节流的时候,

    如果遇到字节的最高位是 0 的话,那么就使用 936 代码页中的第 1 张码 表进行解码,这就和单字节字符集的编解码方式一致了。

    如果遇到字节的最高位是 1 的话,那 么就表示需要两个字节值才能对应一个字符。

    假如你使用 GB2312 写了这么一句话: 我叫 ABC

    它的二进制编码是这样的:

    全角?

    全角是一种电脑字符,且每个全角字符占用两个标准字符(或半角字符)位置。通常的英文字 母、数字键、符号键都是半角的,半角的显示内码都是一个字节。

    为了排列整齐,英文和其它 拉丁文的字符和标点也提供了全角格式。

    在中文输入法中,切换全角和半角格式的快捷键为 SHIFT+空格。

    ANSI 标准、国家标准、ISO 标准

    不同 ASCII 衍生字符集的出现,让文档交流变得非常困难,因此各种组织都陆续进行了标准化 流程。

    例如美国 ANSI 组织制定了 ANSI 标准字符编码(注意,我们现在通常说到 ANSI 编码, 通常指的是平台的默认编码,例如英文操作系统中是 ISO-8859-1,中文系统是 GBK)

    ISO 组织 制定的各种 ISO 标准字符编码,还有各国也会制定一些国家标准字符集,例如中国的 GBK, GB2312 和 GB18030。

    操作系统在发布的时候,通常会往机器里预装这些标准的字符集还有平台专用的字符集,这样只要你的文档是使用标准字符集编写的,通用性就比较高了。

    例如你用 GB2312 字符集编写的 文档,在中国大陆内的任何机器上都能正确显示。

    同时,我们也可以在一台机器上阅读多个国 家不同语言的文档了,前提是本机必须安装该文档使用的字符集。

    Unicode 的出现

    虽然通过使用不同字符集,我们可以在一台机器上查阅不同语言的文档,

    但是我们仍然无法解 决一个问题:如果一份文档中含有不同国家的不同语言的字符,那么无法在一份文档中显示 所有字符。

    为了解决这个问题,我们需要一个全人类达成共识的巨大的字符集,这就是 Unicode 字符集。

    Unicode 字符集涵盖了目前人类使用的所有字符,并为每个字符进行统一编号,分配唯一的字 符码(Code Point)。

    Unicode 字符集将所有字符按照使用上的频繁度划分为 17 个层面(Plane), 每个层面上有 2 16=65536 个字符码空间。

    其中第 0 个层面 BMP,基本涵盖了当今世界用到的所有字符。

    其他的层面要么是用来表示一 些远古时期的文字,要么是留作扩展。

    我们平常用到的 Unicode 字符,一般都是位于 BMP 层 面上的。

    目前 Unicode 字符集中尚有大量字符空间未使用。

    编码系统的变化

    在 Unicode 出现之前,所有的字符集都是和具体编码方案绑定在一起的(即字符集≈编码方式),

    都是直接将字符和最终字节流绑定死了,例如 ASCII 编码系统规定使用 7 比特来编码 ASCII 字 符集;

    GB2312 以及 GBK 字符集,限定了使用最多 2 个字节来编码所有字符,并且规定了字节 序。

    这样的编码系统通常用简单的查表,也就是通过代码页就可以直接将字符映射为存储设备 上的字节流了。例如下面这个例子:

     Unicode 同样也不完美,这里就有三个问题,

    一个是,我们已经知道,英文字母只用一个字节 表示就够了,

    第二个问题是如何才能区别 Unicode 和 ASCII?计算机怎么知道两个字节表示一 个符号,而不是分别表示两个符号呢?

    第三个,如果和 GBK 等双字节编码方式一样,用最高位是 1 或 0 表示两个字节和一个字节,就少了很多值无法用于表示字符,不够表示所有字符。

    Unicode 在很长一段时间内无法推广,直到互联网的出现,为解决 Unicode 如何在网络上传输 的问题,

    于是面向传输的众多 UTF(UCS Transfer Format)标准出现了,顾名思义,UTF-8 就是 每次 8 个位传输数据,

    而 UTF-16 就是每次 16 个位。UTF-8 就是在互联网上使用最广的一种 Unicode 的实现方式,这是为传输而设计的编码,并使编码无国界,这样就可以显示全世界上 所有文化的字符了。

    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。 从 unicode 到 uft-8 并不是直接的对应,而是要过一些算法和规则来转换(即 Uncidoe 字符集 ≠UTF-8 编码方式)。

     因此,Unicode 只是定义了一个庞大的、全球通用的字符集,并为每个字符规定了唯一确定的 编号,具体存储成什么样的字节流,取决于字符编码方案。推荐的 Unicode 编码是 UTF-16 和 UTF-8。

    早期字符编码、字符集和代码页等概念都是表达同一个意思。例如 GB2312 字符集、GB2312编码,936 代码页,实际上说的是同个东西。

    但是对于 Unicode 则不同,Unicode 字符集只是定义了字符的集合和唯一编号,Unicode 编码, 则是对 UTF-8、UCS-2/UTF-16 等具体编码方案的统称而已,并不是具体的编码方案。

    所以当需 要用到字符编码的时候,你可以写 gb2312,codepage936,utf-8,utf-16,但请不要写 Unicode。

    造成乱码的原因就是因为使用了错误的字符编码去解码字节流,因此当我们在思考任何跟文本 显示有关的问题时,请时刻保持清醒:当前使用的字符编码是什么。只有这样,我们才能正确 分析和处理乱码问题。

    常见 CharSet 有:GBK、GB2312、US-ASCII、ISO-8859-1、UTF-8、UTF-16BE、UTF-16LE、UTF-16

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