五.字符串和编码

Posted 2020-07-25 代码改变生活

我们已经讲过了，字符串也是一种数据类型，但是，字符串比较特殊的是还有一个编码问题。

因为计算机只能处理数字，如果要处理文本，就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特（bit）作为一个字节（byte），所以，一个字节能表示的最大的整数就是255（二进制11111111=十进制255），如果要表示更大的整数，就必须用更多的字节。比如两个字节可以表示的最大整数是65535，4个字节可以表示的最大整数是4294967295。

由于计算机是美国人发明的，因此，最早只有127个字母被编码到计算机里，也就是大小写英文字母、数字和一些符号，这个编码表被称为ASCII编码，比如大写字母A的编码是65，小写字母z的编码是122。

但是要处理中文显然一个字节是不够的，至少需要两个字节，而且还不能和ASCII编码冲突，所以，中国制定了GB2312编码，用来把中文编进去。

你可以想得到的是，全世界有上百种语言，日本把日文编到Shift_JIS里，韩国把韩文编到Euc-kr里，各国有各国的标准，就会不可避免地出现冲突，结果就是，在多语言混合的文本中，显示出来会有乱码。

因此，Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里，这样就不会再有乱码问题了。

Unicode标准也在不断发展，但最常用的是用两个字节表示一个字符（如果要用到非常偏僻的字符，就需要4个字节）。现代操作系统和大多数编程语言都直接支持Unicode。

现在，捋一捋ASCII编码和Unicode编码的区别：ASCII编码是1个字节，而Unicode编码通常是2个字节。

字母A用ASCII编码是十进制的65，二进制的01000001；

字符0用ASCII编码是十进制的48，二进制的00110000，注意字符\'0\'和整数0是不同的；

汉字中已经超出了ASCII编码的范围，用Unicode编码是十进制的20013，二进制的01001110 00101101。

你可以猜测，如果把ASCII编码的A用Unicode编码，只需要在前面补0就可以，因此，A的Unicode编码是00000000 01000001。

新的问题又出现了：如果统一成Unicode编码，乱码问题从此消失了。但是，如果你写的文本基本上全部是英文的话，用Unicode编码比ASCII编码需要多一倍的存储空间，在存储和传输上就十分不划算。

所以，本着节约的精神，又出现了把Unicode编码转化为“可变长编码”的UTF-8编码。UTF-8编码把一个Unicode字符根据不同的数字大小编码成1-6个字节，常用的英文字母被编码成1个字节，汉字通常是3个字节，只有很生僻的字符才会被编码成4-6个字节。如果你要传输的文本包含大量英文字符，用UTF-8编码就能节省空间：

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

从上面的表格还可以发现，UTF-8编码有一个额外的好处，就是ASCII编码实际上可以被看成是UTF-8编码的一部分，所以，大量只支持ASCII编码的历史遗留软件可以在UTF-8编码下继续工作。

搞清楚了ASCII、Unicode和UTF-8的关系，我们就可以总结一下现在计算机系统通用的字符编码工作方式：

在计算机内存中，统一使用Unicode编码，当需要保存到硬盘或者需要传输的时候，就转换为UTF-8编码。

用记事本编辑的时候，从文件读取的UTF-8字符被转换为Unicode字符到内存里，编辑完成后，保存的时候再把Unicode转换为UTF-8保存到文件：

浏览网页的时候，服务器会把动态生成的Unicode内容转换为UTF-8再传输到浏览器：

所以你看到很多网页的源码上会有类似<meta charset="UTF-8" />的信息，表示该网页正是用的UTF-8编码。

Python的字符串

搞清楚了令人头疼的字符编码问题后，我们再来研究Python对Unicode的支持。

因为Python的诞生比Unicode标准发布的时间还要早，所以最早的Python只支持ASCII编码，普通的字符串\'ABC\'在Python内部都是ASCII编码的。Python提供了ord()和chr()函数，可以把字母和对应的数字相互转换：

print ord(\'A\')
print chr(65)

注意:在python中使用unicode必须在第一行加入

1. #coding=utf-8  
2. 或者# -*- coding:utf-8 -*-  

Python在后来添加了对Unicode的支持，以Unicode表示的字符串用u\'...\'表示，比如：

#coding=utf-8  
print \'中文\'

.

写u\'中\'和u\'\\u4e2d\'是一样的，\\u后面是十六进制的Unicode码。因此，u\'A\'和u\'\\u0041\'也是一样的。

两种字符串如何相互转换？字符串\'xxx\'虽然是ASCII编码，但也可以看成是UTF-8编码，而u\'xxx\'则只能是Unicode编码。

把u\'xxx\'转换为UTF-8编码的\'xxx\'用encode(\'utf-8\')方法：

>>> u\'ABC\'.encode(\'utf-8\')
\'ABC\'
>>> u\'中文\'.encode(\'utf-8\')
\'\\xe4\\xb8\\xad\\xe6\\x96\\x87\'

英文字符转换后表示的UTF-8的值和Unicode值相等（但占用的存储空间不同），而中文字符转换后1个Unicode字符将变为3个UTF-8字符，你看到的\\xe4就是其中一个字节，因为它的值是228，没有对应的字母可以显示，所以以十六进制显示字节的数值。len()函数可以返回字符串的长度：

>>> len(u\'ABC\')
3
>>> len(\'ABC\')
3
>>> len(u\'中文\')
2
>>> len(\'\\xe4\\xb8\\xad\\xe6\\x96\\x87\')
6

反过来，把UTF-8编码表示的字符串\'xxx\'转换为Unicode字符串u\'xxx\'用decode(\'utf-8\')方法：

>>> \'abc\'.decode(\'utf-8\')
u\'abc\'
>>> \'\\xe4\\xb8\\xad\\xe6\\x96\\x87\'.decode(\'utf-8\')
u\'\\u4e2d\\u6587\'
>>> print \'\\xe4\\xb8\\xad\\xe6\\x96\\x87\'.decode(\'utf-8\')
中文

由于Python源代码也是一个文本文件，所以，当你的源代码中包含中文的时候，在保存源代码时，就需要务必指定保存为UTF-8编码。当Python解释器读取源代码时，为了让它按UTF-8编码读取，我们通常在文件开头写上这两行：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

第一行注释是为了告诉Linux/OS X系统，这是一个Python可执行程序，Windows系统会忽略这个注释；

第二行注释是为了告诉Python解释器，按照UTF-8编码读取源代码，否则，你在源代码中写的中文输出可能会有乱码。

如果你使用Notepad++进行编辑，除了要加上# -*- coding: utf-8 -*-外，中文字符串必须是Unicode字符串：

申明了UTF-8编码并不意味着你的.py文件就是UTF-8编码的，必须并且要确保Notepad++正在使用UTF-8 without BOM编码：

如果.py文件本身使用UTF-8编码，并且也申明了# -*- coding: utf-8 -*-，打开命令提示符测试就可以正常显示中文：

格式化

在Python中，采用的格式化方式和C语言是一致的，用%实现，举例如下：

print "Hello,%s"%"world"
print "Hi,%s,you have $%d" %("Michael",1000000)

你可能猜到了，%运算符就是用来格式化字符串的。在字符串内部，%s表示用字符串替换，%d表示用整数替换，有几个%?占位符，后面就跟几个变量或者值，顺序要对应好。如果只有一个%?，括号可以省略。

常见的占位符有：

%d	整数
%f	浮点数
%s	字符串
%x	十六进制整数

其中，格式化整数和浮点数还可以指定是否补0和整数与小数的位数：

print "%2d-%02d" % (3,1)
print "%.2f" % 3.1415926

如果你不太确定应该用什么，%s永远起作用，它会把任何数据类型转换为字符串：

print "age: %s. gender: %s" %(25,True)

有些时候，字符串里面的%是一个普通字符怎么办？这个时候就需要转义，用%%来表示一个%：

print "growth rate : %d %%" % 7