这是一篇程序员写给程序员的趣味读物。所谓趣味是指可以比较轻松地了解一些原来不清楚的概念,增进知识,类似于打RPG游戏的升级。整理这篇文章的动机是两个问题:
问题一:
使用Windows记事本的“另存为”,可以在GBK、Unicode、Unicode big endian和UTF-8这几种编码方式间相互转换。同样是txt文件,Windows是怎样识别编码方式的呢?
我很早前就发现Unicode、Unicode big endian和UTF-8编码的txt文件的开头会多出几个字节,分别是FF、FE(Unicode),FE、FF(Unicode big endian),EF、BB、BF(UTF-8)。但这些标记是基于什么标准呢?
问题二:
最近在网上看到一个ConvertUTF.c,实现了UTF-32、UTF-16和UTF-8这三种编码方式的相互转换。对于Unicode(UCS2)、GBK、UTF-8这些编码方式,我原来就了解。但这个程序让我有些糊涂,想不起来UTF-16和UCS2有什么关系。
查了查相关资料,总算将这些问题弄清楚了,顺带也了解了一些Unicode的细节。写成一篇文章,送给有过类似疑问的朋友。本文在写作时尽量做到通俗易懂,但要求读者知道什么是字节,什么是十六进制。
0、big endian和little endian
big endian和little endian是CPU处理多字节数的不同方式。例如“汉”字的Unicode编码是6C49。那么写到文件里时,究竟是将6C写在前面,还是将49写在前面?如果将6C写在前面,就是big endian。还是将49写在前面,就是little endian。
“endian”这个词出自《格列佛游记》。小人国的内战就源于吃鸡蛋时是究竟从大头(Big-Endian)敲开还是从小头(Little-Endian)敲开,由此曾发生过六次叛乱,其中一个皇帝送了命,另一个丢了王位。
我们一般将endian翻译成“字节序”,将big endian和little endian称作“大尾”和“小尾”。
1、字符编码、内码,顺带介绍汉字编码
字符必须编码后才能被计算机处理。计算机使用的缺省编码方式就是计算机的内码。早期的计算机使用7位的ASCII编码,为了处理汉字,程序员设计了用于简体中文的GB2312和用于繁体中文的big5。
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。2000年的GB18030是取代GBK1.0的正式国家标准。该标准收录了27484个汉字,同时还收录了藏文、蒙文、维吾尔文等主要的少数民族文字。现在的PC平台必须支持GB18030,对嵌入式产品暂不作要求。所以手机、MP3一般只支持GB2312。
从ASCII、GB2312、GBK到GB18030,这些编码方法是向下兼容的,即同一个字符在这些方案中总是有相同的编码,后面的标准支持更多的字符。在这些编码中,英文和中文可以统一地处理。区分中文编码的方法是高字节的最高位不为0。按照程序员的称呼,GB2312、GBK到GB18030都属于双字节字符集 (DBCS)。
有的中文Windows的缺省内码还是GBK,可以通过GB18030升级包升级到GB18030。不过GB18030相对GBK增加的字符,普通人是很难用到的,通常我们还是用GBK指代中文Windows内码。
这里还有一些细节:
GB2312的原文还是区位码,从区位码到内码,需要在高字节和低字节上分别加上A0。
在DBCS中,GB内码的存储格式始终是big endian,即高位在前。
GB2312的两个字节的最高位都是1。但符合这个条件的码位只有128*128=16384个。所以GBK和GB18030的低字节最高位都可能不是1。不过这不影响DBCS字符流的解析:在读取DBCS字符流时,只要遇到高位为1的字节,就可以将下两个字节作为一个双字节编码,而不用管低字节的高位是什么。
2、Unicode、UCS和UTF
前面提到从ASCII、GB2312、GBK到GB18030的编码方法是向下兼容的。而Unicode只与ASCII兼容(更准确地说,是与ISO-8859-1兼容),与GB码不兼容。例如“汉”字的Unicode编码是6C49,而GB码是BABA。
Unicode也是一种字符编码方法,不过它是由国际组织设计,可以容纳全世界所有语言文字的编码方案。Unicode的学名是"Universal Multiple-Octet Coded Character Set",简称为UCS。UCS可以看作是"Unicode Character Set"的缩写。
根据维基百科全书(http://zh.wikipedia.org/wiki/)的记载:历史上存在两个试图独立设计Unicode的组织,即国际标准化组织(ISO)和一个软件制造商的协会(unicode.org)。ISO开发了ISO 10646项目,Unicode协会开发了Unicode项目。
在1991年前后,双方都认识到世界不需要两个不兼容的字符集。于是它们开始合并双方的工作成果,并为创立一个单一编码表而协同工作。从Unicode2.0开始,Unicode项目采用了与ISO 10646-1相同的字库和字码。
目前两个项目仍都存在,并独立地公布各自的标准。Unicode协会现在的最新版本是2005年的Unicode 4.1.0。ISO的最新标准是10646-3:2003。
UCS规定了怎么用多个字节表示各种文字。怎样传输这些编码,是由UTF(UCS Transformation Format)规范规定的,常见的UTF规范包括UTF-8、UTF-7、UTF-16。
IETF的RFC2781和RFC3629以RFC的一贯风格,清晰、明快又不失严谨地描述了UTF-16和UTF-8的编码方法。我总是记不得IETF是Internet Engineering Task Force的缩写。但IETF负责维护的RFC是Internet上一切规范的基础。
3、UCS-2、UCS-4、BMP
UCS有两种格式:UCS-2和UCS-4。顾名思义,UCS-2就是用两个字节编码,UCS-4就是用4个字节(实际上只用了31位,最高位必须为0)编码。下面让我们做一些简单的数学游戏:
UCS-2有2^16=65536个码位,UCS-4有2^31=2147483648个码位。
UCS-4根据最高位为0的最高字节分成2^7=128个group。每个group再根据次高字节分为256个plane。每个plane根据第3个字节分为256行 (rows),每行包含256个cells。当然同一行的cells只是最后一个字节不同,其余都相同。
group 0的plane 0被称作Basic Multilingual Plane, 即BMP。或者说UCS-4中,高两个字节为0的码位被称作BMP。
将UCS-4的BMP去掉前面的两个零字节就得到了UCS-2。在UCS-2的两个字节前加上两个零字节,就得到了UCS-4的BMP。而目前的UCS-4规范中还没有任何字符被分配在BMP之外。
4、UTF编码
UTF-8就是以8位为单元对UCS进行编码。从UCS-2到UTF-8的编码方式如下:
UCS-2编码(16进制) UTF-8 字节流(二进制)
0000 - 007F 0xxxxxxx
0080 - 07FF 110xxxxx 10xxxxxx
0800 - FFFF 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
例如“汉”字的Unicode编码是6C49。6C49在0800-FFFF之间,所以肯定要用3字节模板了:1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。将6C49写成二进制是:0110 110001 001001, 用这个比特流依次代替模板中的x,得到:11100110 10110001 10001001,即E6 B1 89。
读者可以用记事本测试一下我们的编码是否正确。
UTF-16以16位为单元对UCS进行编码。对于小于0x10000的UCS码,UTF-16编码就等于UCS码对应的16位无符号整数。对于不小于0x10000的UCS码,定义了一个算法。不过由于实际使用的UCS2,或者UCS4的BMP必然小于0x10000,所以就目前而言,可以认为UTF-16和UCS-2基本相同。但UCS-2只是一个编码方案,UTF-16却要用于实际的传输,所以就不得不考虑字节序的问题。
5、UTF的字节序和BOM
UTF-8以字节为编码单元,没有字节序的问题。UTF-16以两个字节为编码单元,在解释一个UTF-16文本前,首先要弄清楚每个编码单元的字节序。例如收到一个“奎”的Unicode编码是594E,“乙”的Unicode编码是4E59。如果我们收到UTF-16字节流“594E”,那么这是“奎”还是“乙”?
Unicode规范中推荐的标记字节顺序的方法是BOM。BOM不是“Bill Of Material”的BOM表,而是Byte Order Mark。BOM是一个有点小聪明的想法:
在UCS编码中有一个叫做"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"的字符,它的编码是FEFF。而FFFE在UCS中是不存在的字符,所以不应该出现在实际传输中。UCS规范建议我们在传输字节流前,先传输字符"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"。
这样如果接收者收到FEFF,就表明这个字节流是Big-Endian的;如果收到FFFE,就表明这个字节流是Little-Endian的。因此字符"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"又被称作BOM。
UTF-8不需要BOM来表明字节顺序,但可以用BOM来表明编码方式。字符"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"的UTF-8编码是EF BB BF(读者可以用我们前面介绍的编码方法验证一下)。所以如果接收者收到以EF BB BF开头的字节流,就知道这是UTF-8编码了。
Windows就是使用BOM来标记文本文件的编码方式的。
6、进一步的参考资料
本文主要参考的资料是 "Short overview of ISO-IEC 10646 and Unicode" (http://www.nada.kth.se/i18n/ucs/unicode-iso10646-oview.html)。
我还找了两篇看上去不错的资料,不过因为我开始的疑问都找到了答案,所以就没有看:
"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)
我写过UTF-8、UCS-2、GBK相互转换的软件包,包括使用Windows API和不使用Windows API的版本。以后有时间的话,我会整理一下放到我的个人主页上(http://fmddlmyy.home4u.china.com)。
分享到:
相关推荐
标题中的"UTF8转16进制工具 Utf8ToHex"指的是一个能够将UTF-8编码的字符串转换成16进制表示形式的实用工具。描述中提到的例子,中文的“你好”在UTF-8编码下是"\xE4\xBD\xA0\xE5\xA5\xBD",这个就是将UTF-8编码转换...
std::string utf16_to_utf8(const std::wstring& utf16_str) { std::wstring_convert<std::codecvt_utf8_utf16<wchar_t>> converter; return converter.to_bytes(utf16_str); } ``` 在进行转换时,需要注意的错误...
MySQL中的UTF8与UTF8MB4是两种不同的字符编码方式,它们主要的区别在于对Unicode字符集的支持程度。本文将深入探讨这两种编码的区别,以便更好地理解它们在实际应用中的选择。 一、UTF8与UTF8MB4简介 UTF8是...
本主题主要关注UTF8和UTF16LE两种不同的字符编码格式之间的转换,特别是如何进行无BOM(字节顺序标记)的处理。下面我们将深入探讨这两种编码方式以及它们在实际应用中的转换。 首先,UTF8是一种广泛使用的变长...
最近需要对Linux与Windows平台下的字符传输出现乱码,对...参考了网上的UTF-8/UTF-16转换的资料,只有0x10000以下的Unicode编码进行了转换;对其代码进行了修改和补充,可以实现所有的UTF-8/UTF-16的转换,分享给大家。
在C++中,可以使用`std::wstring_convert`和`std::codecvt_utf8`或`std::codecvt_utf16`等库来进行编码转换。然而,这些在C++17之后已被标记为过时,因此现代的C++代码可能会使用第三方库如`iconv`或者`boost`中的...
### CString与UTF-8之间的转换方法 在C++编程中,尤其是在使用Microsoft Foundation Classes (MFC)库进行Windows应用程序开发时,字符串处理是一项常见的任务。本文将详细介绍如何在MFC中实现`CString`对象与UTF-8...
这里我们将深入探讨UTF8和UTF8MB4两种编码格式,以及它们各自的排序规则`utf8mb4_unicode_ci`和`utf8mb4_general_ci`。 首先,UTF-8是一种广泛使用的Unicode字符编码方案,它允许使用1到4个字节来表示不同的字符。...
在VB6中,由于其内置的字符串操作函数不直接支持UTF-8,因此我们需要自定义函数或利用第三方类库来实现UTF-8的编码和解码。 "utf8.zip"这个压缩包包含了VB6中处理UTF-8所需的相关资源。其中,“cutf8.cls”很可能是...
例如,可能有`UTF8toUTF16()`、`UTF16toUTF8()`、`UTF32toUTF16()`以及`UTF16toUTF32()`等函数,它们负责将一个编码的字符串转换为另一种编码。 5. **转换原理** 转换过程中,关键在于理解每个编码的结构和规则。...
在C++编程中,UTF-8编码是一种广泛使用的字符编码标准,它能够表示Unicode字符集中的所有字符。本文将深入探讨如何在C++中处理UTF-8字符串,并介绍相关的关键概念和技术。 首先,C++标准库并没有直接支持UTF-8编码...
用了这么长时间,发现自己竟然不知道utf_bin和utf_general_ci这两者到底有什么区别。。 ci是 case insensitive, 即 “大小写不敏感”, a 和 A 会在字符判断中会被当做一样的; bin 是二进制, a 和 A 会别区别对待. ...
utf8汉字编码16进制对照,utf8编码在编程中使用相当平凡,汉字转换成utf8的16进制必须查本表
易语言UTF8解码是关于在易语言编程环境中处理UTF-8编码的一种技术。UTF-8是一种广泛使用的Unicode字符编码方案,它可以表示Unicode标准中的所有字符。易语言是中国开发的一款面向初学者和专业开发者的编程语言,其...
a utf-8 support module for Lua and LuaJIT 源码地址:https://github.com/starwing/luautf8 编译后可用的库: Linux版:lua-utf8.so Windows版:lua-utf8.dll(若是用在openresty中,openresty版本需使用32位版本...
与UTF-8相比,UTF-16在处理包含大量非拉丁文字符的语言时具有更好的性能。 #### 二、UTF-16编码原理 UTF-16将Unicode字符集中的每一个字符映射到一个16位或32位的数值上。对于基本多文种平面(Basic Multilingual ...
本篇将详细介绍GBK与UTF-8编码的区别,以及如何在C语言中进行这两种编码的转换。 1. **GBK编码** - GBK是中国大陆广泛使用的汉字编码标准,它是GB2312的扩展,包含了更多的汉字和符号,总共约2万多个汉字。 - GBK...
"labview text to utf8" 这个标题表明我们要探讨的是如何在LabVIEW中将包含汉字的字符串转换成UTF-8编码格式,以便在不同系统或平台之间进行兼容的数据传输。 默认情况下,LabVIEW可能会使用本地的字符编码,如ANSI...
UTF8编码是目前互联网上最广泛使用的字符编码标准,它能有效地表示世界上几乎所有的文字系统,包括汉字、拉丁字母、希腊字母等。批量转UTF8工具则是针对那些需要将大量文本文件从其他编码格式(如GBK、BIG5等)转换...
UTF-8-BOM,全称是“UTF-8 Byte Order Mark”,它在UTF-8编码的文件开头添加了一个特殊的字节序列(0xEF, 0xBB, 0xBF)来标识该文件使用的是UTF-8编码。BOM主要用于帮助软件识别文件的编码,但并非所有UTF-8编码的...