最近一直在忙點(diǎn)私活，又好久沒(méi)寫(xiě)blog了，再不寫(xiě)點(diǎn)的話二月份就又要以單篇文章結(jié)束了。前一陣子一直在研究Unicode，索性把研究結(jié)果介紹一下吧。

可能大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò) Unicode、UCS-2、UTF-8 等等詞匯，但它們具體是什么意思，是什么原理，之間有什么關(guān)系，恐怕就很少有人明白了。下面就分別介紹一下它們。

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基本知識(shí)

介紹Unicode之前，首先要講解一些基礎(chǔ)知識(shí)。雖然跟Unicode沒(méi)有直接的關(guān)系，但想弄明白Unicode，沒(méi)這些還真不行。

字節(jié)和字符的區(qū)別

咦，字節(jié)和字符能有什么區(qū)別?。坎欢际且粯拥膯幔客耆_，但只是在古老的DOS時(shí)代。當(dāng)Unicode出現(xiàn)后，字節(jié)和字符就不一樣了。

字節(jié)（octet）是一個(gè)八位的存儲(chǔ)單元，取值范圍一定是0～255。而字符（character，或者word）為語(yǔ)言意義上的符號(hào)，范圍就不一定了。例如在UCS-2中定義的字符范圍為0～65535，它的一個(gè)字符占用兩個(gè)字節(jié)。

Big Endian和Little Endian

上面提到了一個(gè)字符可能占用多個(gè)字節(jié)，那么這多個(gè)字節(jié)在計(jì)算機(jī)中如何存儲(chǔ)呢？比如字符0xabcd，它的存儲(chǔ)格式到底是 AB CD，還是 CD AB 呢？

實(shí)際上兩者都有可能，并分別有不同的名字。如果存儲(chǔ)為 AB CD，則稱為 Big Endian ；如果存儲(chǔ)為 CD AB，則稱為 Little Endian 。

具體來(lái)說(shuō)，以下這種存儲(chǔ)格式為Big Endian，因?yàn)橹?0xabcd)的高位(0xab)存儲(chǔ)在前面：

相反，以下這種存儲(chǔ)格式為L(zhǎng)ittle Endian：

UCS-2和UCS-4

Unicode是為整合全世界的所有語(yǔ)言文字而誕生的。任何文字在Unicode中都對(duì)應(yīng)一個(gè)值，這個(gè)值稱為 代碼點(diǎn) （code point）。代碼點(diǎn)的值通常寫(xiě)成 U+ABCD 的格式。而文字和代碼點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系就是 UCS-2 （Universal Character Set coded in 2 octets）。顧名思義，UCS-2是用兩個(gè)字節(jié)來(lái)表示代碼點(diǎn)，其取值范圍為 U+0000～U+FFFF。

為了能表示更多的文字，人們又提出了UCS-4，即用四個(gè)字節(jié)表示代碼點(diǎn)。它的范圍為 U+00000000～U+7FFFFFFF，其中 U+00000000～U+0000FFFF和UCS-2是一樣的。

要注意，UCS-2和UCS-4只規(guī)定了代碼點(diǎn)和文字之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并沒(méi)有規(guī)定代碼點(diǎn)在計(jì)算機(jī)中如何存儲(chǔ)。規(guī)定存儲(chǔ)方式的稱為 UTF （Unicode Transformation Format），其中應(yīng)用較多的就是UTF-16和UTF-8了。

UTF-16和UTF-32

UTF-16

UTF-16由 RFC2781 規(guī)定，它使用兩個(gè)字節(jié)來(lái)表示一個(gè)代碼點(diǎn)。

不難猜到，UTF-16是完全對(duì)應(yīng)于UCS-2的，即把UCS-2規(guī)定的代碼點(diǎn)通過(guò)Big Endian或Little Endian方式直接保存下來(lái)。UTF-16包括三種：UTF-16，UTF-16BE（Big Endian），UTF-16LE（Little Endian）。

UTF-16BE和UTF-16LE不難理解，而UTF-16就需要通過(guò)在文件開(kāi)頭以名為BOM（Byte Order Mark）的字符來(lái)表明文件是Big Endian還是Little Endian。BOM為U+FEFF這個(gè)字符。

其實(shí)BOM是個(gè)小聰明的想法。由于UCS-2沒(méi)有定義U+FFFE，因此只要出現(xiàn) FF FE 或者 FE FF 這樣的字節(jié)序列，就可以認(rèn)為它是U+FEFF，并且可以判斷出是Big Endian還是Little Endian。

舉個(gè)例子?！癆BC”這三個(gè)字符用各種方式編碼后的結(jié)果如下：

Windows平臺(tái)下默認(rèn)的Unicode編碼為L(zhǎng)ittle Endian的UTF-16（即上述的 FF FE 41 00 42 00 43 00）。你可以打開(kāi)記事本，寫(xiě)上ABC，然后保存，再用二進(jìn)制編輯器看看它的編碼結(jié)果。

另外，UTF-16還能表示一部分的UCS-4代碼點(diǎn)——U+10000～U+10FFFF。表示算法比較復(fù)雜，簡(jiǎn)單說(shuō)明如下：

1. 從代碼點(diǎn)U中減去0x10000，得到U'。這樣U+10000～U+10FFFF就變成了 0x00000～0xFFFFF。
2. 用20位二進(jìn)制數(shù)表示U'。 U'=yyyyyyyyyyxxxxxxxxxx
3. 將前10位和后10位用W1和W2表示，W1=110110yyyyyyyyyy，W2=110111xxxxxxxxxx，則 W1 = D800～DBFF，W2 = DC00～DFFF。

例如，U+12345表示為 D8 08 DF 45（UTF-16BE），或者08 D8 45 DF（UTF-16LE）。

但是由于這種算法的存在，造成UCS-2中的 U+D800～U+DFFF 變成了無(wú)定義的字符。

UTF-32

UTF-32用四個(gè)字節(jié)表示代碼點(diǎn)，這樣就可以完全表示UCS-4的所有代碼點(diǎn)，而無(wú)需像UTF-16那樣使用復(fù)雜的算法。與UTF-16類似，UTF-32也包括UTF-32、UTF-32BE、UTF-32LE三種編碼，UTF-32也同樣需要BOM字符。僅用'ABC'舉例：

UTF-8

UTF-16和UTF-32的一個(gè)缺點(diǎn)就是它們固定使用兩個(gè)或四個(gè)字節(jié)，這樣在表示純ASCII文件時(shí)會(huì)有很多00字節(jié)，造成浪費(fèi)。而 RFC3629 定義的UTF-8則解決了這個(gè)問(wèn)題。

UTF-8用1～4個(gè)字節(jié)來(lái)表示代碼點(diǎn)。表示方式如下：

可見(jiàn)，ASCII字符（U+0000～U+007F）部分完全使用一個(gè)字節(jié)，避免了存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)。而且UTF-8不再需要BOM字節(jié)。

另外，從上表中可以看出，單字節(jié)編碼的第一字節(jié)為[00-7F]，雙字節(jié)編碼的第一字節(jié)為[C2-DF]，三字節(jié)編碼的第一字節(jié)為[E0-EF]。這樣只要看到第一個(gè)字節(jié)的范圍就可以知道編碼的字節(jié)數(shù)。這樣也可以大大簡(jiǎn)化算法。

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Unicode詳解