Unicode簡介【轉】
阿新 • • 發佈：2018-11-12
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Unicode是一種字元編碼規範 。先從ASCII說起。ASCII是用來表示英文字元的一種編碼規範，每個ASCII字元佔用1個位元組（8bits）
因此，ASCII編碼可以表示的最大字元數是256，其實英文字元並沒有那麼多，一般只用前128個（最高位為0），其中包括了控制字元、數字、大小寫字母和其他一些符號 。
而最高位為1的另128個字元被成為“擴充套件ASCII”，一般用來存放英文的製表符、部分音標字元等等的一些其他符號
這種字元編碼規範顯然用來處理英文沒有什麼問題 。（實際上也可以用來處理法文、德文等一些其他的西歐字元，但是不能和英文通用），但是面對中文、阿拉伯文之類複雜的文字，255個字元顯然不夠用
於是，各個國家紛紛制定了自己的文字編碼規範，其中中文的文字編碼規範叫做“GB2312-80”，它是和ASCII相容的一種編碼規範，其實就是利用擴充套件ASCII沒有真正標準化這一點，把一箇中文字元用兩個擴充套件ASCII字元來表示。
但是這個方法有問題，最大的問題就是，中文文字沒有真正屬於自己的編碼，因為擴充套件ASCII碼雖然沒有真正的標準化，但是PC裡的ASCII碼還是有一個事實標準的（存放著英文製表符），所以很多軟體利用這些符號來畫表格。這樣的軟體用到中文系統中，這些表格符就會被誤認作中文字，破壞版面。而且，統計中英文混合字串中的字數，也是比較複雜的，我們必須判斷一個ASCII碼是否擴充套件，以及它的下一個ASCII是否擴充套件，然後才“猜”那可能是一箇中文字 。
總之當時處理中文是很痛苦的。而更痛苦的是GB2312是國家標準，臺灣當時有一個Big5編碼標準，很多編碼和GB是相同的，所以……，嘿嘿。
這時候，我們就知道，要真正解決中文問題，不能從擴充套件ASCII的角度入手，也不能僅靠中國一家來解決。而必須有一個全新的編碼系統，這個系統要可以將中文、英文、法文、德文……等等所有的文字統一起來考慮，為每個文字都分配一個單獨的編碼，這樣才不會有上面那種現象出現。
於是，Unicode誕生了。
Unicode有兩套標準，一套叫UCS-2(Unicode-16)，用2個位元組為字元編碼，另一套叫UCS-4(Unicode-32)，用4個位元組為字元編碼。
以目前常用的UCS-2為例，它可以表示的字元數為2^16=65535，基本上可以容納所有的歐美字元和絕大部分的亞洲字元 。
UTF-8的問題後面會提到 。
在Unicode裡，所有的字元被一視同仁。漢字不再使用“兩個擴充套件ASCII”，而是使用“1個Unicode”，注意，現在的漢字是“一個字元”了，於是，拆字、統計字數這些問題也就自然而然的解決了 。
但是，這個世界不是理想的，不可能在一夜之間所有的系統都使用Unicode來處理字元，所以Unicode在誕生之日，就必須考慮一個嚴峻的問題：和ASCII字符集之間的不相容問題。
我們知道，ASCII字元是單個位元組的，比如“A”的ASCII是65。而Unicode是雙位元組的，比如“A”的Unicode是0065，這就造成了一個非常大的問題：以前處理ASCII的那套機制不能被用來處理Unicode了 。
另一個更加嚴重的問題是，C語言使用'/0'作為字串結尾，而Unicode裡恰恰有很多字元都有一個位元組為0，這樣一來，C語言的字串函式將無法正常處理Unicode，除非把世界上所有用C寫的程式以及他們所用的函式庫全部換掉 。
於是，比Unicode更偉大的東東誕生了，之所以說它更偉大是因為它讓Unicode不再存在於紙上，而是真實的存在於我們大家的電腦中。那就是：UTF 。
UTF= UCS Transformation Format UCS轉換格式
它是將Unicode編碼規則和計算機的實際編碼對應起來的一個規則。現在流行的UTF有2種：UTF-8和UTF-16 。
其中UTF-16和上面提到的Unicode本身的編碼規範是一致的，這裡不多說了。而UTF-8不同，它定義了一種“區間規則”，這種規則可以和ASCII編碼保持最大程度的相容 。
UTF-8有點類似於Haffman編碼，它將Unicode編碼為00000000-0000007F的字元，用單個位元組來表示；
00000080-000007FF的字元用兩個位元組表示
00000800-0000FFFF的字元用3位元組表示
因為目前為止Unicode-16規範沒有指定FFFF以上的字元，所以UTF-8最多是使用3個位元組來表示一個字元。但理論上來說，UTF-8最多需要用6位元組表示一個字元。
在UTF-8裡，英文字元仍然跟ASCII編碼一樣，因此原先的函式庫可以繼續使用。而中文的編碼範圍是在0080-07FF之間，因此是2個位元組表示（但這兩個位元組和GB編碼的兩個位元組是不同的），用專門的Unicode處理類可以對UTF編碼進行處理。
下面說說中文的問題。
由於歷史的原因，在Unicode之前，一共存在過3套中文編碼標準。
GB2312-80，是中國大陸使用的國家標準，其中一共編碼了6763個常用簡體漢字。Big5，是臺灣使用的編碼標準，編碼了臺灣使用的繁體漢字，大概有8千多個。HKSCS，是中國香港使用的編碼標準，字型也是繁體，但跟Big5有所不同。
這3套編碼標準都採用了兩個擴充套件ASCII的方法，因此，幾套編碼互不相容，而且編碼區間也各有不同
因為其不相容性，在同一個系統中同時顯示GB和Big5基本上是不可能的。當時的南極星、RichWin等等軟體，在自動識別中文編碼、自動顯示正確編碼方面都做了很多努力 。
他們用了怎樣的技術我就不得而知了，我知道好像南極星曾經以同屏顯示繁簡中文為賣點。
後來，由於各方面的原因，國際上又制定了針對中文的統一字符集GBK和GB18030，其中GBK已經在Windows、Linux等多種作業系統中被實現。
GBK相容GB2312，並增加了大量不常用漢字，還加入了幾乎所有的Big5中的繁體漢字。但是GBK中的繁體漢字和Big5中的幾乎不相容。
GB18030相當於是GBK的超集，比GBK包含的字元更多。據我所知目前還沒有作業系統直接支援GB18030。
談談Unicode編碼，簡要解釋UCS、UTF、BMP、BOM等名詞
這是一篇程式設計師寫給程式設計師的趣味讀物。所謂趣味是指可以比較輕鬆地瞭解一些原來不清楚的概念，增進知識，類似於打RPG遊戲的升級。整理這篇文章的動機是兩個問題：
問題一：
使用Windows記事本的“另存為”，可以在GBK、Unicode、Unicode big endian和UTF-8這幾種編碼方式間相互轉換。同樣是txt檔案，Windows是怎樣識別編碼方式的呢？
我很早前就發現Unicode、Unicode big endian和UTF-8編碼的txt檔案的開頭會多出幾個位元組，分別是FF、FE（Unicode）,FE、FF（Unicode big endian）,EF、BB、BF（UTF-8）。但這些標記是基於什麼標準呢？
問題二：
最近在網上看到一個ConvertUTF.c，實現了UTF-32、UTF-16和UTF-8這三種編碼方式的相互轉換。對於Unicode(UCS2)、GBK、UTF-8這些編碼方式，我原來就瞭解。但這個程式讓我有些糊塗，想不起來UTF-16和UCS2有什麼關係。
查了查相關資料，總算將這些問題弄清楚了，順帶也瞭解了一些Unicode的細節。寫成一篇文章，送給有過類似疑問的朋友。本文在寫作時儘量做到通俗易懂，但要求讀者知道什麼是位元組，什麼是十六進位制。
0、big endian和little endian
big endian和little endian是CPU處理多位元組數的不同方式。例如“漢”字的Unicode編碼是6C49。那麼寫到檔案裡時，究竟是將6C寫在前面，還是將49寫在前面？如果將6C寫在前面，就是big endian。還是將49寫在前面，就是little endian。
“endian”這個詞出自《格列佛遊記》。小人國的內戰就源於吃雞蛋時是究竟從大頭(Big-Endian)敲開還是從小頭(Little-Endian)敲開，由此曾發生過六次叛亂，其中一個皇帝送了命，另一個丟了王位。
我們一般將endian翻譯成“位元組序”，將big endian和little endian稱作“大尾”和“小尾”。
1、字元編碼、內碼，順帶介紹漢字編碼
字元必須編碼後才能被計算機處理。計算機使用的預設編碼方式就是計算機的內碼。早期的計算機使用7位的ASCII編碼，為了處理漢字，程式設計師設計了用於簡體中文的GB2312和用於繁體中文的big5。
GB2312(1980年)一共收錄了7445個字元，包括6763個漢字和682個其它符號。漢字區的內碼範圍高位元組從B0-F7，低位元組從A1-FE，佔用的碼位是72*94=6768。其中有5個空位是D7FA-D7FE。
GB2312支援的漢字太少。1995年的漢字擴充套件規範GBK1.0收錄了21886個符號，它分為漢字區和圖形符號區。漢字區包括21003個字元。2000年的GB18030是取代GBK1.0的正式國家標準。該標準收錄了27484個漢字，同時還收錄了藏文、蒙文、維吾爾文等主要的少數民族文字。現在的PC平臺必須支援GB18030，對嵌入式產品暫不作要求。所以手機、MP3一般只支援GB2312。
從ASCII、GB2312、GBK到GB18030，這些編碼方法是向下相容的，即同一個字元在這些方案中總是有相同的編碼，後面的標準支援更多的字元。在這些編碼中，英文和中文可以統一地處理。區分中文編碼的方法是高位元組的最高位不為0。按照程式設計師的稱呼，GB2312、GBK到GB18030都屬於雙位元組字符集 (DBCS)。
有的中文Windows的預設內碼還是GBK，可以通過GB18030升級包升級到GB18030。不過GB18030相對GBK增加的字元，普通人是很難用到的，通常我們還是用GBK指代中文Windows內碼。
這裡還有一些細節：
GB2312的原文還是區位碼，從區位碼到內碼，需要在高位元組和低位元組上分別加上A0。
在DBCS中，GB內碼的儲存格式始終是big endian，即高位在前。
GB2312的兩個位元組的最高位都是1。但符合這個條件的碼位只有128*128=16384個。所以GBK和GB18030的低位元組最高位都可能不是1。不過這不影響DBCS字元流的解析：在讀取DBCS字元流時，只要遇到高位為1的位元組，就可以將下兩個位元組作為一個雙位元組編碼，而不用管低位元組的高位是什麼。
2、Unicode、UCS和UTF
前面提到從ASCII、GB2312、GBK到GB18030的編碼方法是向下相容的。而Unicode只與ASCII相容（更準確地說，是與ISO-8859-1相容），與GB碼不相容。例如“漢”字的Unicode編碼是6C49，而GB碼是BABA。
Unicode也是一種字元編碼方法，不過它是由國際組織設計，可以容納全世界所有語言文字的編碼方案。Unicode的學名是"Universal Multiple-Octet Coded Character Set"，簡稱為UCS。UCS可以看作是"Unicode Character Set"的縮寫。
根據維基百科全書(http://zh.wikipedia.org/wiki/)的記載：歷史上存在兩個試圖獨立設計Unicode的組織，即國際標準化組織（ISO）和一個軟體製造商的協會（unicode.org）。ISO開發了ISO 10646專案，Unicode協會開發了Unicode專案。
在1991年前後，雙方都認識到世界不需要兩個不相容的字符集。於是它們開始合併雙方的工作成果，併為創立一個單一編碼表而協同工作。從Unicode2.0開始，Unicode專案採用了與ISO 10646-1相同的字型檔和字碼。
目前兩個專案仍都存在，並獨立地公佈各自的標準。Unicode協會現在的最新版本是2005年的Unicode 4.1.0。ISO的最新標準是10646-3:2003。
UCS規定了怎麼用多個位元組表示各種文字。怎樣傳輸這些編碼，是由UTF(UCS Transformation Format)規範規定的，常見的UTF規範包括UTF-8、UTF-7、UTF-16。
IETF的RFC2781和RFC3629以RFC的一貫風格，清晰、明快又不失嚴謹地描述了UTF-16和UTF-8的編碼方法。我總是記不得IETF是Internet Engineering Task Force的縮寫。但IETF負責維護的RFC是Internet上一切規範的基礎。
3、UCS-2、UCS-4、BMP
UCS有兩種格式：UCS-2和UCS-4。顧名思義，UCS-2就是用兩個位元組編碼，UCS-4就是用4個位元組（實際上只用了31位，最高位必須為0）編碼。下面讓我們做一些簡單的數學遊戲：
UCS-2有2^16=65536個碼位，UCS-4有2^31=2147483648個碼位。
UCS-4根據最高位為0的最高位元組分成2^7=128個group。每個group再根據次高位元組分為256個plane。每個plane根據第3個位元組分為256行 (rows)，每行包含256個cells。當然同一行的cells只是最後一個位元組不同，其餘都相同。
group 0的plane 0被稱作Basic Multilingual Plane, 即BMP。或者說UCS-4中，高兩個位元組為0的碼位被稱作BMP。
將UCS-4的BMP去掉前面的兩個零位元組就得到了UCS-2。在UCS-2的兩個位元組前加上兩個零位元組，就得到了UCS-4的BMP。而目前的UCS-4規範中還沒有任何字元被分配在BMP之外。
4、UTF編碼
UTF-8就是以8位為單元對UCS進行編碼。從UCS-2到UTF-8的編碼方式如下：
UCS-2編碼(16進位制) UTF-8 位元組流(二進位制)
0000 - 007F 0xxxxxxx
0080 - 07FF 110xxxxx 10xxxxxx
0800 - FFFF 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
例如“漢”字的Unicode編碼是6C49。6C49在0800-FFFF之間，所以肯定要用3位元組模板了：1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。將6C49寫成二進位制是：0110 110001 001001， 用這個位元流依次代替模板中的x，得到：11100110 10110001 10001001，即E6 B1 89。
讀者可以用記事本測試一下我們的編碼是否正確。
UTF-16以16位為單元對UCS進行編碼。對於小於0x10000的UCS碼，UTF-16編碼就等於UCS碼對應的16位無符號整數。對於不小於0x10000的UCS碼，定義了一個演算法。不過由於實際使用的UCS2，或者UCS4的BMP必然小於0x10000，所以就目前而言，可以認為UTF-16和UCS-2基本相同。但UCS-2只是一個編碼方案，UTF-16卻要用於實際的傳輸，所以就不得不考慮位元組序的問題。
5、UTF的位元組序和BOM
UTF-8以位元組為編碼單元，沒有位元組序的問題。UTF-16以兩個位元組為編碼單元，在解釋一個UTF-16文字前，首先要弄清楚每個編碼單元的位元組序。例如收到一個“奎”的Unicode編碼是594E，“乙”的Unicode編碼是4E59。如果我們收到UTF-16位元組流“594E”，那麼這是“奎”還是“乙”？
Unicode規範中推薦的標記位元組順序的方法是BOM。BOM不是“Bill Of Material”的BOM表，而是Byte Order Mark。BOM是一個有點小聰明的想法：
在UCS編碼中有一個叫做"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"的字元，它的編碼是FEFF。而FFFE在UCS中是不存在的字元，所以不應該出現在實際傳輸中。UCS規範建議我們在傳輸位元組流前，先傳輸字元"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"。
這樣如果接收者收到FEFF，就表明這個位元組流是Big-Endian的；如果收到FFFE，就表明這個位元組流是Little-Endian的。因此字元"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"又被稱作BOM。
UTF-8不需要BOM來表明位元組順序，但可以用BOM來表明編碼方式。字元"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"的UTF-8編碼是EF BB BF（讀者可以用我們前面介紹的編碼方法驗證一下）。所以如果接收者收到以EF BB BF開頭的位元組流，就知道這是UTF-8編碼了。
Windows就是使用BOM來標記文字檔案的編碼方式的。
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