計算機字符編碼


因為計算機只能處理數字,如果要處理文本,就必須先把文本轉換為數字才能處理。最早的計算機在設計時采用8個比特(bit)作為一個字節(byte),所以,一個字節能表示的最大的整數就是255(二進制11111111=十進制255),如果要表示更大的整數,就必須用更多的字節。比如兩個字節可以表示的最大整數是65535,4個字節可以表示的最大整數是4294967295

由於計算機是美國人發明的,因此,最早只有127個字符被編碼到計算機里,也就是大小寫英文字母、數字和一些符號,這個編碼表被稱為ASCII編碼,比如大寫字母A的編碼是65,小寫字母z的編碼是122

但是要處理中文顯然一個字節是不夠的,至少需要兩個字節,而且還不能和ASCII編碼沖突,所以,中國制定了GB2312編碼,用來把中文編進去。

你可以想得到的是,全世界有上百種語言,日本把日文編到Shift_JIS里,韓國把韓文編到Euc-kr里,各國有各國的標准,就會不可避免地出現沖突,結果就是,在多語言混合的文本中,顯示出來會有亂碼。

char-encoding-problem

因此,Unicode應運而生。Unicode把所有語言都統一到一套編碼里,這樣就不會再有亂碼問題了。

Unicode標准也在不斷發展,但最常用的是用兩個字節表示一個字符(如果要用到非常偏僻的字符,就需要4個字節)。現代操作系統和大多數編程語言都直接支持Unicode。

現在,捋一捋ASCII編碼和Unicode編碼的區別:ASCII編碼是1個字節,而Unicode編碼通常是2個字節。

字母A用ASCII編碼是十進制的65,二進制的01000001

字符0用ASCII編碼是十進制的48,二進制的00110000,注意字符'0'和整數0是不同的;

漢字已經超出了ASCII編碼的范圍,用Unicode編碼是十進制的20013,二進制的01001110 00101101

你可以猜測,如果把ASCII編碼的A用Unicode編碼,只需要在前面補0就可以,因此,A的Unicode編碼是00000000 01000001

新的問題又出現了:如果統一成Unicode編碼,亂碼問題從此消失了。但是,如果你寫的文本基本上全部是英文的話,用Unicode編碼比ASCII編碼需要多一倍的存儲空間,在存儲和傳輸上就十分不划算。

所以,本着節約的精神,又出現了把Unicode編碼轉化為“可變長編碼”的UTF-8編碼。UTF-8編碼把一個Unicode字符根據不同的數字大小編碼成1-6個字節,常用的英文字母被編碼成1個字節,漢字通常是3個字節,只有很生僻的字符才會被編碼成4-6個字節。如果你要傳輸的文本包含大量英文字符,用UTF-8編碼就能節省空間:

字符 ASCII Unicode UTF-8
A 01000001 00000000 01000001 01000001
x 01001110 00101101 11100100 10111000 10101101

從上面的表格還可以發現,UTF-8編碼有一個額外的好處,就是ASCII編碼實際上可以被看成是UTF-8編碼的一部分,所以,大量只支持ASCII編碼的歷史遺留軟件可以在UTF-8編碼下繼續工作。

搞清楚了ASCII、Unicode和UTF-8的關系,我們就可以總結一下現在計算機系統通用的字符編碼工作方式:

在計算機內存中,統一使用Unicode編碼,當需要保存到硬盤或者需要傳輸的時候,就轉換為UTF-8編碼。

用記事本編輯的時候,從文件讀取的UTF-8字符被轉換為Unicode字符到內存里,編輯完成后,保存的時候再把Unicode轉換為UTF-8保存到文件:

rw-file-utf-8

瀏覽網頁的時候,服務器會把動態生成的Unicode內容轉換為UTF-8再傳輸到瀏覽器:

web-utf-8

所以你看到很多網頁的源碼上會有類似<meta charset="UTF-8" />的信息,表示該網頁正是用的UTF-8編碼。

 


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