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UTF-8, ASCII, Unicode 的介绍与区分

背景

人类能通过肉眼识别文字和字符,并能通过知识了解他们的含义,但是计算机内部不论存储还是控制,都是通过二进制码实现,因为二进制的 0, 1 刚好对应基础电路中的,然后组合进行复杂的系统控制;

将人类识别的字符转换成计算机识别的二进制数据的过程,叫做编码,顾名思义,编程二进制数字码,如 0101101100011001这样的;相反,就叫做解码,把二进制码解释为字符;

ASCII

首先ASCII全称(American Standard Code for Information Interchange,美国信息交换标准代码),是一个字符集,顾名思义,很多字符的集合;

像前面提到的,人类与计算机语言不通,一个识别字符,一个识别二进制,所以ASCII就充当了这样一个翻译官,其内容是编码与字符的映射,即一个字符只对应一个固定的编码,例如字符 A 的编码为 65,字符 a 的编码为 122;当然这个编码是十进制的,计算机内部把十进制转换成二进制就能供底层使用了;

另外需要知道的是,一字节(1 Byte)等于八比特位(8 bit),8 bit就是这样的:01010101,八位二进制的所有不同表示一共 2^8 = 256 个,而且一般都是从 0 开始数,所以表示的十进制数的范围就是 0 - 255,这也是ASCII编码映射字符数的范围,包含大小写字母和一些其他常用的符号;

Unicode

看完上面肯定就会疑惑ASCII总共才表示256个字符,怎么处理当今世界巨大的信息量的,由于这个字符集最初是老外发明的,表示所有字母和一些字符对他们当时来说可能很足够了,但是先进计算机遍布全球大部分地方,汉语、韩语、日语、阿拉伯语等语言数不过来,所以ASCII明显不够用了;虽然中国之前也制定了是和中文的编码字符集叫 GB2313 等系列;

因此,便顺应时代需要产生了一种更庞大的字符集叫 Unicode,有时也叫万国码,顾名思义,几乎表示了世界上所有语言的字符,可以理解为 Unique code,独一无二的的编码;

目前Unicode的编码范围达到了21位,即 0x0000 - 0x10ffff 的范围,二进制为 1 0000 1111 1111 1111 1111,刚好21位;十进制表示为 1114111,就是一百万多个字符,已经相当多了;

如果要使用UNIcode,以在 HTML 中为例,假如知道一个字符的Unicode码是 0x0394,那么就在标签中添加代码:

Δ

放在标签中就是:

<h5>这个Unicode码对应的字符是:&#x0394;</h5>

结果是这样:

这个Unicode码对应的字符是:Δ

其实那个Unicode编码就是对应的大小希腊字母德尔塔,数学或物理中经常用到的字符;

也可以用 JavaScript 来遍历一部分Unicode与字符的对应关系:

for (i = 0x0000; i <= 0x00ff; i++) {
    document.write(i + ': &#x' + i + ';<br>');
}

页面就会出现前256个字符及其Unicode码;

UTF-8, UTF-16, UTF-32

首先UTF全称(Unicode Transformation Format),所以它是一种针对前面提到的Unicode的编码格式,常见的格式就是 UTF-8,还有 UTF-16, UTF-32

UTF-8 其中的 8 表示的是 8 bit,即Unicode中每8位表示一个字符,UTF-16 和 UTF-32 类似,因为Unicode最多才21位,32位大于21位,所以 UTF-32 的格式就可以表示所有字符对应的Unicode码了,但是呢,32位也就是4字节,让每个字符都占用4字节太费空间了,所以出现了UTF-8UTF-16;

UTF-8 定义 0 - 7 bit 的 Unicode 用一字节表示,这里就与ASCII一样了,8 - 11 bit 用两字节表示,12 - 16 bit 用三字节表示,17 - 21 bit 用四字节表示;

UTF-8 编码规则如下:

Unicode bit UTF-8 byte
0x0000 - 0x007f 0 - 7 0XXX XXXX 1
0x0080 - 0x07ff 8 - 11 110X XXXX 10XX XXXX 2
0x0800 - 0xffff 12 - 16 1110 XXXX 10XX XXXX 10XX XXXX 3
0x1 0000 - 0x1f ffff 17 - 21 1111 0XXX 10XX XXXX 10XX XXXX 10XX XXXX 4

规律是:

  • 每个字节中不足8位的,高位(左边)先用0补上,比如 0XXXX XXXX
  • 超过两字节表示的UTF-8,第一个字节高位添加两个 1 和一个 0,后面的字节高位添加 10
  • 三、四字节同理,几个字节高位就添几个 1 再加上一个 0,其余字节高位添 10

可以看出 UTF-8 这种针对不同位数使用不同字节数编码的方式有效的利用了空间,避免了一些浪费,当然,事物都有利弊,空间降下去,时间也就升上去了;


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