一文打通计算机字符编码

有关编码的基础知识

1. 位 bit 最小的单元

字节 byte 机器语言的单位 1byte=8bits 1KB=1024byte 1MB=1024KB 1GB=1024MB

2.进制

二进制 binary 八进制 octal 十进制 decimal 十六进制 hex

3.字符

字符：是各种文字和符号的总称，包括各个国家的文字，标点符号，图形符号，数字等。

字符集：字符集是多个符号的集合，每个字符集包含的字符个数不同。

字符编码：字符集只是规定了有哪些字符，而最终决定采用哪些字符，每一个字符用多少字节 表示等问题，则是由编码来决定的。计算机要准确的处理各种字符集文字，需要进行字符编码， 以便计算机能 够识别和存储各种文字

常见字符编码的介绍

首先来看一下常用的编码有哪些，截图自 Notepad++。其中 ANSI 在中国大陆即为 GBK（以前是 GB2312），最常用的是 GBK 和 UTF8 无 BOM 编码格式。后面三个都是有 BOM 头的文本格 式，UCS-2 即为人们常说的 Unicode 编码，又分为大端、小端。

• 1、大端模式(Big endian)：将高序字节存储在起始地址(按照从低地址到高地址的顺序存放数据的高位字节到低位字节)
• 2、小端模式(Little endian)：将低序字节存储在起始地址(按照从低地址到高地址的顺序存放据的低位字节到高位字节) 在计算机领域中，大小端序是跟硬件的体系结构有关的。

​编辑

所谓 BOM 头（Byte Order Mark）就是文本文件中开始的几个并不表示任何字符的字节，用二 进制编辑器（如 bz.exe）就能看到了。

UTF8 的 BOM 头为 0xEF 0xBB 0xBF Unicode 大端模式为 0xFE 0xFF Unicode 小端模式为 0xFF 0xFE

ASCII 码

计算机一开始发明的时候是用来解决数字计算的问题，后来人们发现，计算机还可以做更多的 事，例如文本处理。但由于计算机只识“数”，因此人们必须告诉计算机哪个数字来代表哪个 特定字符，例如 65 代表字母‘A’，66 代表字母‘B’，以此类推。但是计算机之间字符-数字 的对应关系必须得一致，否则就会造成同一段数字在不同计算机上显示出来的字符不一样。因此美国国家标准协会 ANSI 制定了一个标准，规定了常用字符的集合以及每个字符对应的编号， 这就是 ASCII 字符集（Character Set），也称 ASCII 码。

那时候的字符编解码系统非常简单，就是简单的查表过程。例如将字符序列编码为二进制流写 入存储设备，只需要在 ASCII 字符集中依次找到字符对应的字节，然后直接将该字节写入存储 设备即可。解码二进制流的过程也是类似。

其中：

 0～31 及 127(共 33 个)是控制字符或通信专用字符（其余为可显示字符），如控制符：LF（换 行）、CR（回车）、FF（换页）、DEL（删除）、BS（退格)

 32～126(共 95 个)是字符(32 是空格），其中 48～57 为 0 到 9 十个阿拉伯数字。

 65～90 为 26 个大写英文字母，97～122 号为 26 个小写英文字母，其余为一些标点符号、 运算符号等。

 后 128 个称为扩展 ASCII 码。许多基于 x86 的系统都支持使用扩展（或“高”）ASCII。扩展ASCII 码允许将每个字符的第 8 位用于确定附加的 128 个特殊符号字符、外来语字母和图 形符号。

OEM 字符集的衍生

当计算机开始发展起来的时候，人们逐渐发现，ASCII 字符集里那可怜的 128 个字符已经不能 再满足他们的需求了。人们就在想，一个字节能够表示的数字（编号）有 256 个，而 ASCII 字 符只用到了 0x00~0x7F，也就是占用了前 128 个，后面 128 个数字不用白不用，因此很多人打 起了后面这 128 个数字的主意。可是问题在于，很多人同时有这样的想法，但是大家对于0x80-0xFF 这后面的 128 个数字分别对应什么样的字符，却有各自的想法。这就导致了当时销 往世界各地的机器上出现了大量各式各样的 OEM 字符集。

大家对于 0x00~0x7F 这个范围的解释基本是相同的，而对于后半部分 0x80~0xFF 的解释却不一 定相同。甚至有时候同样的字符在不同 OEM 字符集中对应的字节也是不同的。

不同的 OEM 字符集导致人们无法跨机器交流各种文档。例如职员甲发了一封简历 résumés 给 职员乙，结果职员乙看到的却是 r?sum?s，因为é字符在职员甲机器上的 OEM 字符集中对应的 字节是 0x82，而在职员乙的机器上，由于使用的 OEM 字符集不同，对 0x82 字节解码后得到 的字符却是?。

多字节字符集（MBCS）和中文字符集

上面我们提到的字符集都是基于单字节编码，也就是说，一个字节翻译成一个字符。这对于拉 丁语系国家来说可能没有什么问题，因为他们通过扩展第8个比特，就可以得到256个字符了，足够用了。但是对于亚洲国家来说，256 个字符是远远不够用的。因此这些国家的人为了用上 电脑，又要保持和 ASCII 字符集的兼容，就发明了多字节编码方式，相应的字符集就称为多字 节字符集（Muilti-Bytes Charecter Set）。例如中国使用的就是双字节字符集编码。

例如目前最常用的中文字符集 GB2312，涵盖了所有简体字符以及一部分其他字符；GBK（K 代 表扩展的意思）则在 GB2312 的基础上加入了对繁体字符等其他非简体字符。这两个字符集的 字符都是使用 1-2 个字节来表示。Windows 系统采用 936 代码页来实现对 GBK 字符集的编解码。 在解析字节流的时候，如果遇到字节的最高位是 0 的话，那么就使用 936 代码页中的第 1 张码 表进行解码，这就和单字节字符集的编解码方式一致了。如果遇到字节的最高位是 1 的话，那么就表示需要两个字节值才能对应一个字符。

假如你使用 GB2312 写了这么一句话： 我叫 ABC 它的二进制编码是这样的： 11001110 11010010 10111101 11010000 01000001 01000002 01000003

全角

全角是一种电脑字符，且每个全角字符占用两个标准字符（或半角字符）位置。通常的英文字 母、数字键、符号键都是半角的，半角的显示内码都是一个字节。为了排列整齐，英文和其它 拉丁文的字符和标点也提供了全角格式。在中文输入法中，切换全角和半角格式的快捷键SHIFT+空格。

ANSI 标准、国家标准、ISO 标准

不同 ASCII 衍生字符集的出现，让文档交流变得非常困难，因此各种组织都陆续进行了标准化 流程。例如美国 ANSI 组织制定了 ANSI 标准字符编码（注意，我们现在通常说到 ANSI 编码，通常指的是平台的默认编码，例如英文操作系统中是 ISO-8859-1，中文系统是 GBK），ISO 组织 制定的各种 ISO 标准字符编码，还有各国也会制定一些国家标准字符集，例如中国的 GBK，GB2312 和 GB18030。

操作系统在发布的时候，通常会往机器里预装这些标准的字符集还有平台专用的字符集，这样只要你的文档是使用标准字符集编写的，通用性就比较高了。例如你用 GB2312 字符集编写的 文档，在中国大陆内的任何机器上都能正确显示。同时，我们也可以在一台机器上阅读多个国 家不同语言的文档了，前提是本机必须安装该文档使用的字符集。

Unicode 的出现

虽然通过使用不同字符集，我们可以在一台机器上查阅不同语言的文档，但是我们仍然无法解决一个问题：如果一份文档中含有不同国家的不同语言的字符，那么无法在一份文档中显示 所有字符。为了解决这个问题，我们需要一个全人类达成共识的巨大的字符集，这就是 Unicode字符集。 Unicode 字符集涵盖了目前人类使用的所有字符，并为每个字符进行统一编号，分配唯一的字 符码（Code Point）。Unicode 字符集将所有字符按照使用上的频繁度划分为 17 个层面（Plane）， 每个层面上有 2 16=65536 个字符码空间。

其中第 0 个层面 BMP，基本涵盖了当今世界用到的所有字符。其他的层面要么是用来表示一 些远古时期的文字，要么是留作扩展。我们平常用到的 Unicode 字符，一般都是位于 BMP 层 面上的。目前 Unicode 字符集中尚有大量字符空间未使用。

编码系统的变化

在 Unicode 出现之前，所有的字符集都是和具体编码方案绑定在一起的（即字符集≈编码方式）， 都是直接将字符和最终字节流绑定死了，例如 ASCII 编码系统规定使用 7 比特来编码 ASCII 字 符集；GB2312 以及 GBK 字符集，限定了使用最多 2 个字节来编码所有字符，并且规定了字节 序。这样的编码系统通常用简单的查表，也就是通过代码页就可以直接将字符映射为存储设备 上的字节流了。例如下面这个例子：

Unicode 同样也不完美，这里就有三个问题，一个是，我们已经知道，英文字母只用一个字节 表示就够了，第二个问题是如何才能区别 Unicode 和 ASCII？计算机怎么知道两个字节表示一 个符号，而不是分别表示两个符号呢？第三个，如果和 GBK 等双字节编码方式一样，用最高位是 1 或 0 表示两个字节和一个字节，就少了很多值无法用于表示字符，不够表示所有字符。

Unicode 在很长一段时间内无法推广，直到互联网的出现，为解决 Unicode 如何在网络上传输 的问题，于是面向传输的众多 UTF（UCS Transfer Format）标准出现了，顾名思义，UTF-8 就是 每次 8 个位传输数据，而 UTF-16 就是每次 16 个位。UTF-8 就是在互联网上使用最广的一种

Unicode 的实现方式，这是为传输而设计的编码，并使编码无国界，这样就可以显示全世界上 所有文化的字符了。 UTF-8 最大的一个特点，就是它是一种变长的编码方式。它可以使用 1~4 个字节表示一个符号。 从 unicode 到 uft-8 并不是直接的对应，而是要过一些算法和规则来转换（即 Uncidoe 字符集 ≠UTF-8 编码方式）

因此，Unicode 只是定义了一个庞大的、全球通用的字符集，并为每个字符规定了唯一确定的 编号，具体存储成什么样的字节流，取决于字符编码方案。推荐的 Unicode 编码是 UTF-16 和UTF-8。

早期字符编码、字符集和代码页等概念都是表达同一个意思。例如 GB2312 字符集、GB2312编码，936 代码页，实际上说的是同个东西。但是对于 Unicode 则不同，Unicode 字符集只是定义了字符的集合和唯一编号，Unicode 编码， 则是对 UTF-8、UCS-2/UTF-16 等具体编码方案的统称而已，并不是具体的编码方案。所以当需 要用到字符编码的时候，你可以写 gb2312，codepage936，utf-8，utf-16，但请不要写 Unicode。造成乱码的原因就是因为使用了错误的字符编码去解码字节流，因此当我们在思考任何跟文本 显示有关的问题时，请时刻保持清醒：当前使用的字符编码是什么。只有这样，我们才能正确 分析和处理乱码问题。

常见 CharSet 有：GBK、GB2312、US-ASCII、ISO-8859-1、UTF-8、UTF-16BE、UTF-16LE、UTF-16