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编程基础-字符篇-（2）

news 来源：原创 2024/5/6 1:22:25

UTF-8是Unicode的一种实现方式，也就是它的字节结构有特殊要求，所以我们说一个汉字的范围是0X4E00到0x9FA5，是指unicode值，至于放在utf-8的编码里去就是由三个字节来组织，所以可以看出unicode是给出一个字符的范围，定义了这个字是码值是多少，至于具体的实现方式可以有多种多样来实现。

note: UTF-8编码方式保存，采用0xEF,0xBB,0xBF共三个字节作为UTF-8编码标志。

UTF-8是一种变长字节编码方式。对于某一个字符的UTF-8编码，如果只有一个字节则其最高二进制位为0；如果是多字节，其第一个字节从最高位开始，连续的二进制位值为1的个数决定了其编码的位数，其余各字节均以10开头。UTF-8最多可用到6个字节。
如表：
1字节
0xxxxxxx
2字节 110xxxxx 10xxxxxx
3字节 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
4字节
11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
5字节 111110xx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
10xxxxxx
6字节 1111110x 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
10xxxxxx
因此UTF-8中可以用来表示字符编码的实际位数最多有31位，即上表中x所表示的位。除去那些控制位（每字节开头的10等），这些x表示的位与UNICODE编码是一一对应的，位高低顺序也相同。
实际将UNICODE转换为UTF-8编码时应先去除高位0，然后根据所剩编码的位数决定所需最小的UTF-8编码位数。
因此那些基本ASCII字符集中的字符（UNICODE兼容ASCII）只需要一个字节的UTF-8编码（7个二进制位）便可以表示。

对于上面的问题，代码中给出的两个字节是
十六进制：C0
B1
二进制：11000000 10110001
对比两个字节编码的表示方式：
110xxxxx
10xxxxxx
提取出对应的UNICODE编码：
00000
110001
可以看出此编码并非“标准”的UTF-8编码，因为其第一个字节的“有效编码”全为0，去除高位0后的编码仅有6位。由前面所述，此字符仅用一个字节的UTF-8编码表示就够了。
JAVA在把字符还原为UTF-8编码时，是按照“标准”的方式处理的，因此我们得到的是仅有1个字节的编码。

大家可以试试运行这段代码：

      view source
      print
      ?
     
      public class TestUTF8 {  

      public static void main(String[] args) throws Exception {  

      byte[][] bytes = {  

      // 00110001  

      {(byte)0x31},  

      // 11000000 10110001  

      {(byte)0xC0,(byte)0xB1},  

      // 11100000 10000000 10110001  

      {(byte)0xE0,(byte)0x80,(byte)0xB1},  

      // 11110000 10000000 10000000 
10110001  

      {(byte)0xF0,(byte)0x80,(byte)0x80,(byte)0xB1},  

      // 11111000 10000000 10000000 
10000000 10110001  

      {(byte)0xF8,(byte)0x80,(byte)0x80,(byte)0x80,(byte)0xB1},  

      // 11111100 10000000 10000000 
10000000 10000000 10110001  

      {(byte)0xFC,(byte)0x80,(byte)0x80,(byte)0x80,(byte)0x80,(byte)0xB1},  

      };  

      for (int i = 0; i < 6; i++) {  

      String str = new String(bytes[i], 
"UTF-8");  

      System.out.println("原数组长度：" + bytes[i].length 
+  

      "/t转换为字符串：" + str +  

      "/t转回后数组长度：" + str.getBytes("UTF-8").length);  

      }  

      }  

      }

　　运行结果为：

原数组长度：1 转换为字符串：1 转回后数组长度：1
原数组长度：2 转换为字符串：1
转回后数组长度：1
原数组长度：3 转换为字符串：1 转回后数组长度：1
原数组长度：4 转换为字符串：1
转回后数组长度：1
原数组长度：5 转换为字符串：1 转回后数组长度：1
原数组长度：6 转换为字符串：1
转回后数组长度：1

另转：

字符编码笔记：ASCII，Unicode和UTF-8

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。