你真的了解 Unicode 和 UTF-8 吗？

Posted 2021-02-28 10manongit

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引言

一直以来总是对 unicode, UTF-8 等编码知识懵懵懂懂的，尤其是在做项目过程中只要涉及到几个编码之间的转换，都得到网上搜索一番，根据别人的经验照葫芦画瓢，才能解决问题，但是私底下却完全不懂在做什么。

我再也不愿意重复这种状态了，于是就花了一个上午的时间，将这些知识整理了一遍。如果您觉得我的总结有疑问或者错误的地方，欢迎讨论交流，批评指正。

正题之前，先引入我总结的 Unicode 思维导图来预热下：

要了解 Unicode, 先要从 ASCII 码说起。

ASCII 码

什么是 ASCII 码？

ASCII 码（American Standard Code for Information Interchange）称为美国标准信息交换码。它是基于拉丁字母的一套电脑编码系统。它定义了一个用于代表常见字符的字典。

ASCII 码都包含哪些字符？

包括 "A-Z"(大小写都包含)，数据"0-9" 以及一些常见的符号，要完整查看整个 ASCII 码对应关系，可参考这里

ASCII 码的局限在哪里？

ASCII 当初只是为美国英语而设计的，只能显示 128 个编码，对其他的语言无能为力。要想显示其他语言的编码，还是要使用 unicode。

Unicode

什么是 Unicode ?

为了将全世界的文字都统一的记录下来，并将每个字符都用唯一的数字记录下来，于是就产生了Unicode。

Unicode 也称为 UCS(Universal Coded Character Set:国际编码字符集合) 是一个字符集合，对世界上大部分的文字系统进行了整理，编码，使电脑可以用更为简单的方式来呈现和处理文字。最新的版本 Unicode 11.0 已经包含了 137439 个字符。

Unicode 的数量之多，如果完全涵盖它， 需要用 4 个字节来表示，但是计算机存储过程中却不是必须都用 4 个字节来完成。对于有些字符，尤其是编码在前面的字符我们也可以通过 1 个或 两个字节来节省空间。这就涉及到了 unicode 的实现方式。

Unicode 的实现方式有几种？

Unicode 只是一个字符集合，每个字符用一个数字来表示，但是这些数字在计算机内采用什么方式来存储，是全部都是 4 个字节，还是 1 到 4 个字节不等，这就涉及到了字符编码的概念。

我们说 Unicode 有几种实现方式，也就是在问 Unicode 有几种编码方式？

Unicode 常用的编码方式有 UTF-8, UCS-2, UTF-16 三种，另外还有一种 UTF-32 虽然不太常用也需要提一下。

Unicode 的体系结构是什么样的？

Unicode 既然能够存储那么多的字符，肯定是有它的存储规则的，如果使用 16 进制存储，它的存储范围是多少到多少，是否都是直筒式的，从低到高排就可以了？也就是说 Unicode 的体系结构是怎么样的。

Unicode 当前定义其字符的存储范围是： 0_hex 到 10FFFF_hex ，共分为 17 个区段，可以存储 1,114,112 个字符，这对当前 (137439) 来说远远足够了。

其中区段为 0_hex 到 FFFF_hex 称为 基本多文种平面 BMP (Basic Multilingual Plane)，在这个平面中的字符表现形式是 U+ 后面跟 16 进制数。例如 X 字符的 unicode 是 U+0058。

而超出 BMP 范围的，也就是 10000_hex–10FFFF_hex 这 16 个区段，需要用到 5 到 6 位来表示，如 U+E0001 和 U+10FFFD。

UTF-8 编码

UTF-8 是使用互联网上使用最广泛的 unicode 编码方式，目前已经占有整个互联网 92% 的份额。这里再强调下 UTF-8 只是 Unicode 的一种实现方式，UTF-8 是编码方式，而 Unicode 是字符集合

它是可变长的编码方式，长度从 1 个字节到 4 个字节不等。

它能够完全兼容 ASCII 码，我们知道 ASCII 码 是由 128 个字符组成的，而 Unicode 中的前 128 个字符和 ASCII 码都是一一对应的。

UCS-2 编码

UCS-2 只使用了两个字节(16 bit) 来表示字符，也就是说只能表示 65536 个字符，它只能表示 BMP 中的字符。

当前的 unicode 字符数量已远远超过了 UCS-2 的数量，因此 UCS-2 虽然还在被好多软件使用，但它已经过期了。

正因为 UCS-2 编码依然被许多软件使用，为了能够表示出 BMP 以外的平面内的字符，就产生了一种新的编码 UTF-16 编码。

UTF-16 编码

UTF-16 就是为了解决 UCS-2 编码的问题而生的，它扩展自 UCS-2

• 基本多文种平面中，与 UCS-2 编码完全一致，使用两个字节表示
• U+010000 到 U+10FFFF 范围 使用 4 个字节表示

UTF-16 编码的市场份额和 UTF-8 比很小， 在web 页面中只占 0.01% 。而且主要在 windows 系统中使用， Unix/Linux 以及 MacOS 中很少使用。

UTF-32 编码

UTF-32 对 Unicode 中的每个字符都用 4 个字节来表示,占用的空间比其他编码要多的多，也正是这个原因，人们才用的很少。

小结

既然看到了这里，您一定对 unicode 有了一些认识吧，请再来回顾下 Unicode 的思维导图，加深下理解。

下面来总结下重点：

1. ASCII 码只能表示 128 个字符，只是针对美国英语而设计的， 为了表示其他语言的字符，于是就有了 Unicode
2. Unicode 只是一个字符集，里面收集了全世界绝大部分语言的字符。它有多种实现方式（编码方式），最常用的就是 UTF-8
3. UTF-8 编码是变长字节的，1 到 4 个字节不等，并且它能够完全兼容 ASCII 码

参考文档

1. 维基百科 Unicode