字符集为每个字符分配了一个唯一的编号,通过这个编号就能找到对应的字符。在编程过程中我们经常会使用字符,而使用字符的前提就是把字符放入内存中,毫无疑问,放入内存中的仅仅是字符的编号,而不是真正的字符实体。

这就抛出了一个问题,如何才能将字符编号放入内存中呢?

对于 ASCII 字符集,这很容易。ASCII 总共包含 128 个字符,用 7 个比特位(Bit)恰好能够存储,不过考虑到计算机一般把字节(Byte)作为基本单元,为了操作方便,我们不妨用一个字节(也就是 8 个比特位)来存储 ASCII。这样虽然浪费了一个比特位,但是读写效率提高了。

但是对于 Unicode,问题就没有这么简单了。Unicode 目前已经包含了上百万的字符,位置靠前的字符用一个字节就能存储,位置靠后的字符用三个字节才能存储。我们可以为所有字符都分配三个字节的内存,也可以为编号小的字符分配一个字节或者两个字节的内存,而为编号大的字符分配三个字节的内存。

这两种方案各有优缺点,请读者看下面的分析。

方案一:为每个字符分配固定的长度的内存

一种方案是为每个字符分配固定长度的内存,并且这块内存要足够大,可以容纳下所有的字符编号。这种方案最简单,直接将字符编号放入内存中即可,不需要任何转换,并且以后在字符串中定位字符、修改字符都非常容易。

字符串本身就是一串字符,他们在内存中依次序挨着存放。

在几乎所有的字符集中,常用字符的编号往往比较小,罕见字符的编号往往比较大,包括 Unicode 在内。

A和3是 ASCII 编码中的字符,Unicode 为了兼容 ASCII,在设计时刻意保留了原来 ASCII 中字符的编号,所以英文字母和阿拉伯数字在 Unicode 中的编号都非常小,用一个字节足以容纳。中是一个汉字,编号比较大,一般要用两个字节才能容纳。

方案2:为每个字符分配尽量少的内存

既然上面的方案有缺点,那我们就来改进一下。改进的思路也很明确,就是把空闲的内存压缩掉,为每个字符分配尽量少的字节,例如,A和3分配一个字节足以,中分配两个字节足以,如下图所示:
在这里插入图片描述

这样虽然没有了空闲字节,不浪费任何内存空间了,但是又出现新的问题了:如果我不告诉你,你怎么知道2A表示一个字符,而不是2A31或者2A31DA才表示一个字符呢?后面的字符也有类似的问题。

对于第一种方案,每个字符占用的字节数是固定的,很容易区分各个字符;而这种方案,不同的字符占用的字节数不同,字符之间也没有特殊的标记,计算机是无法定位字符的。

这种方案还需要改进,必须让不同的字符编码有不同的特征,并且字符处理程序也需要调整,要根据这些特征去识别不同的字符。

要想让不同的字符编码有不同的特征,可以从两个方面下手:

一是从字符集本身下手,在设计字符集时,刻意让不同的字符编号有不同的特征。
例如,对于编号较小的、用一个字节足以容纳的字符,我们就可以规定这个字符编号的最高位(Bit)必须是 0;对于编号较大的、要用两个字节存储的字符,我们就可以规定这个字符编号的高字节的最高位必须是 1,低字节的最高位必须是 0;对于编号更大的、需要三个字节存储的字符,我们就可以规定这个字符编号的所有字节的最高位都必须是 1。

程序在定位字符时,从前往后依次扫描,如果发现当前字节的最高位是 0,那么就把这一个字节作为一个字符编号。如果发现当前字节的最高位是 1,那么就继续往后扫描,如果后续字节的最高位是 0,那么就把这两个字节作为一个字符编号;如果后续字节的最高位是 1,那么就把挨着的三个字节作为一个字符编号。

这种方案的缺点很明显,它会导致字符集不连续,中间留出大量空白区域,这些空白区域不能定义任何字符。

二是从字符编号下手,可以设计一种转换方案,字符编号在存储之前先转换为有特征的、容易定位的编号,读取时再按照相反的过程转换成字符本来的编号。
那么,转换后的编号要具备什么样的特征呢?其实也可以像上面一样,根据字节的最高位是 0 还是 1 来判断字符到底占用了几个字节。

相比第一种方案,这种方案有缺点也有优点:

缺点就是多了转换过程,字符在存储和读取时要经过转换,效率低;
优点就是在制定字符集时不用考虑存储的问题,可以任意排布字符。
Unicode 到底使用哪种编码方案

Unicode 是一个独立的字符集,它并不是和编码绑定的,你可以采用第一种方案,为每个字符分配固定长度的内存,也可以采用第二种方案,为每个字符分配尽量少的内存。

需要注意的是,Unicode 只是一个字符集,在制定的时候并没有考虑编码的问题,所以采用第二种方案时,就不能从字符集本身下手了,只能从字符编号下手,这样在存储和读取时都要进行适当的转换。

Unicode 可以使用的编码有三种,分别是:

UFT-8:一种变长的编码方案,使用 1~6 个字节来存储;
UFT-32:一种固定长度的编码方案,不管字符编号大小,始终使用 4 个字节来存储;
UTF-16:介于 UTF-8 和 UTF-32 之间,使用 2 个或者 4 个字节来存储,长度既固定又可变。

UTF 是 Unicode Transformation Format 的缩写,意思是“Unicode转换格式”,后面的数字表明至少使用多少个比特位(Bit)来存储字符。

1) UTF-8
UTF-8 的编码规则很简单:如果只有一个字节,那么最高的比特位为 0;如果有多个字节,那么第一个字节从最高位开始,连续有几个比特位的值为 1,就使用几个字节编码,剩下的字节均以 10 开头。

具体的表现形式为:

0xxxxxxx:单字节编码形式,这和 ASCII 编码完全一样,因此 UTF-8 是兼容 ASCII 的;
110xxxxx 10xxxxxx:双字节编码形式;
1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx:三字节编码形式;
11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx:四字节编码形式。

xxx 就用来存储 Unicode 中的字符编号。

下面是一些字符的编码实例(绿色部分表示本来的 Unicode 编号):

2019042620195792.png

2) UTF-32

UTF-32 是固定长度的编码,始终占用 4 个字节,足以容纳所有的 Unicode 字符,所以直接存储 Unicode 编号即可,不需要任何编码转换。浪费了空间,提高了效率。

3) UTF-16
UFT-16 比较奇葩,它使用 2 个或者 4 个字节来存储。

对于 Unicode 编号范围在 0 ~ FFFF 之间的字符,UTF-16 使用两个字节存储,并且直接存储 Unicode 编号,不用进行编码转换,这跟 UTF-32 非常类似。

对于 Unicode 编号范围在 10000~10FFFF 之间的字符,UTF-16 使用四个字节存储,具体来说就是:将字符编号的所有比特位分成两部分,较高的一些比特位用一个值介于 D800~DBFF 之间的双字节存储,较低的一些比特位(剩下的比特位)用一个值介于 DC00~DFFF 之间的双字节存储。

如果你不理解什么意思,请看下面的表格:

20190426201853588.png

位于 D800~0xDFFF 之间的 Unicode 编码是特别为四字节的 UTF-16 编码预留的,所以不应该在这个范围内指定任何字符。如果你真的去查看 Unicode 字符集,会发现这个区间内确实没有收录任何字符。

UTF-16 要求在制定 Unicode 字符集时必须考虑到编码问题,所以真正的 Unicode 字符集也不是随意编排字符的。

总结

只有 UTF-8 兼容 ASCII,UTF-32 和 UTF-16 都不兼容 ASCII,因为它们没有单字节编码。

如果你希望查看完整的 Unicode 字符集,以及各种编码方式,请猛击:https://unicode-table.com/cn/

虽然这个网站有时候无法访问,但它是最好的一个查看 Unicode 字符集的网站。
GB2312、Shift-JIS 等国家(地区)字符集怎么编码

GB2312、GBK、Shift-JIS 等特定国家的字符集都是在 ASCII 的基础上发展起来的,它们都兼容 ASCII,所以只能采用变长的编码方案:用一个字节存储 ASCII 字符,用多个字节存储本国字符。

以 GB2312 为例,该字符集收录的字符较少,所以使用 1~2 个字节编码。

对于 ASCII 字符,使用一个字节存储,并且该字节的最高位是 0;
对于中国的字符,使用两个字节存储,并且规定每个字节的最高位都是 1。

由于单字节和双字节的最高位不一样,所以很容易区分一个字符到底用了几个字节。

宽字符和窄字符(多字节字符)

有的编码方式采用 1~n 个字节存储,是变长的,例如 UTF-8、GB2312、GBK 等;如果一个字符使用了这种编码方式,我们就将它称为多字节字符,或者窄字符。

有的编码方式是固定长度的,不管字符编号大小,始终采用 n 个字节存储,例如 UTF-32、UTF-16 等;如果一个字符使用了这种编码方式,我们就将它称为宽字符。

Unicode 字符集可以使用窄字符的方式存储,也可以使用宽字符的方式存储;GB2312、GBK、Shift-JIS 等国家编码一般都使用窄字符的方式存储;ASCII 只有一个字节,无所谓窄字符和宽字符。

1.数据在计算机内bai都是以一定的数字序列存在du的,这就是所谓的“码”zhi,码dao可以有很多种
2.编码:把音频/视频信息转换成某一种“码”
3.解码:把码转换成音频/视频信息(最直观的理解就是播放,由机内的数字变成你所能看见的画面)

作者:严长生 来源:CSDN
原文:https://blog.csdn.net/guxiaonuan/article/details/78678043