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UTF-8 GBK UTF8 GB2312 之间的区别和关系介绍

2017年12月08日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论
utf-8包含全世界所有国家需要用到的字符,是国际编码,通用性强。utf-8编码的文字可以在各国支持utf8字符集的浏览器上显示。如,如果是utf8编码,则在外国人的英文ie上也能显示中文,他们无需下载ie的中文语言支持包。

gbk是国家标准gb2312基础上扩容后兼容gb2312的标准。gbk的文字编码是用双字节来表示的,即不论中、英文字符均使用双字节来表示,为了区分中文,将其最高位都设定成1。gbk包含全部中文字符,是国家编码,通用性比utf8差,不过utf8占用的数据库比gbd大。

gbk、gb2312等与utf8之间都必须通过unicode编码才能相互转换:

gbk、gb2312--unicode--utf8

utf8--unicode--gbk、gb2312

对于一个网站、论坛来说,如果英文字符较多,则建议使用utf-8节省空间。不过现在很多论坛的插件一般只支持gbk。
个编码的区别详细解释
简单来说,unicode,gbk和大五码就是编码的值,而utf-8,uft-16之类就是这个值的表现形式.而前面那三种编码是一兼容的,同一个汉字,那三个码值是完全不一样的.如"汉"的uncode值与gbk就是不一样的,假设uncode为a040,gbk为b030,而uft-8码,就是把那个值表现的形式.utf-8码完全只针对uncode来组织的,如果gbk要转utf-8必须先转uncode码,再转utf-8就ok了.

详细的就见下面转的这篇文章.

谈谈unicode编码,简要解释ucs、utf、bmp、bom等名词
这是一篇程序员写给程序员的趣味读物。所谓趣味是指可以比较轻松地了解一些原来不清楚的概念,增进知识,类似于打rpg游戏的升级。整理这篇文章的动机是两个问题:

问题一:
使用windows记事本的“另存为”,可以在gbk、unicode、unicode big endian和utf-8这几种编码方式间相互转换。同样是txt文件,windows是怎样识别编码方式的呢?

我很早前就发现unicode、unicode bigendian和utf-8编码的txt文件的开头会多出几个字节,分别是ff、fe(unicode),fe、ff(unicode bigendian),ef、bb、bf(utf-8)。但这些标记是基于什么标准呢?

问题二:
最近在网上看到一个convertutf.c,实现了utf-32、utf-16和utf-8这三种编码方式的相互转换。对于unicode(ucs2)、gbk、utf-8这些编码方式,我原来就了解。但这个程序让我有些糊涂,想不起来utf-16和ucs2有什么关系。
查了查相关资料,总算将这些问题弄清楚了,顺带也了解了一些unicode的细节。写成一篇文章,送给有过类似疑问的朋友。本文在写作时尽量做到通俗易懂,但要求读者知道什么是字节,什么是十六进制。

0、big endian和little endian
big endian和littleendian是cpu处理多字节数的不同方式。例如“汉”字的unicode编码是6c49。那么写到文件里时,究竟是将6c写在前面,还是将49写在前面?如果将6c写在前面,就是big endian。如果将49写在前面,就是little endian。

“endian”这个词出自《格列佛游记》。小人国的内战就源于吃鸡蛋时是究竟从大头(big-endian)敲开还是从小头(little-endian)敲开,由此曾发生过六次叛乱,一个皇帝送了命,另一个丢了王位。

我们一般将endian翻译成“字节序”,将big endian和little endian称作“大尾”和“小尾”。

1、字符编码、内码,顺带介绍汉字编码
字符必须编码后才能被计算机处理。计算机使用的缺省编码方式就是计算机的内码。早期的计算机使用7位的ascii编码,为了处理汉字,程序员设计了用于简体中文的gb2312和用于繁体中文的big5。

gb2312(1980年)一共收录了7445个字符,包括6763个汉字和682个其它符号。汉字区的内码范围高字节从b0-f7,低字节从a1-fe,占用的码位是72*94=6768。其中有5个空位是d7fa-d7fe。

gb2312支持的汉字太少。1995年的汉字扩展规范gbk1.0收录了21886个符号,它分为汉字区和图形符号区。汉字区包括21003个字符。

从ascii、gb2312到gbk,这些编码方法是向下兼容的,即同一个字符在这些方案中总是有相同的编码,后面的标准支持更多的字符。在这些编码中,英文和中文可以统一地处理。区分中文编码的方法是高字节的最高位不为0。按照程序员的称呼,gb2312、gbk都属于双字节字符集 (dbcs)。

2000年的gb18030是取代gbk1.0的正式国家标准。该标准收录了27484个汉字,同时还收录了藏文、蒙文、维吾尔文等主要的少数民族文字。从汉字字汇上说,gb18030在gb13000.1的20902个汉字的基础上增加了cjk扩展a的6582个汉字(unicode码0x3400-0x4db5),一共收录了27484个汉字。

cjk就是中日韩的意思。unicode为了节省码位,将中日韩三国语言中的文字统一编码。gb13000.1就是iso/iec 10646-1的中文版,相当于unicode 1.1。

gb18030的编码采用单字节、双字节和4字节方案。其中单字节、双字节和gbk是完全兼容的。4字节编码的码位就是收录了cjk扩展a的6582个汉字。例如:ucs的0x3400在gb18030中的编码应该是8139ef30,ucs的0x3401在gb18030中的编码应该是8139ef31。

微软提供了gb18030的升级包,但这个升级包只是提供了一套支持cjk扩展a的6582个汉字的新字体:新宋体-18030,并不改变内码。windows 的内码仍然是gbk。

这里还有一些细节:

gb2312的原文还是区位码,从区位码到内码,需要在高字节和低字节上分别加上a0。

对于任何字符编码,编码单元的顺序是由编码方案指定的,与endian无关。例如gbk的编码单元是字节,用两个字节表示一个汉字。这两个字节的顺序是固定的,不受cpu字节序的影响。utf-16的编码单元是word(双字节),word之间的顺序是编码方案指定的,word内部的字节排列才会受到endian的影响。后面还会介绍utf-16。

gb2312的两个字节的最高位都是1。但符合这个条件的码位只有128*128=16384个。所以gbk和gb18030的低字节最高位都可能不是1。不过这不影响dbcs字符流的解析:在读取dbcs字符流时,只要遇到高位为1的字节,就可以将下两个字节作为一个双字节编码,而不用管低字节的高位是什么。

2、unicode、ucs和utf
前面提到从ascii、gb2312、gbk到gb18030的编码方法是向下兼容的。而unicode只与ascii兼容(更准确地说,是与iso-8859-1兼容),与gb码不兼容。例如“汉”字的unicode编码是6c49,而gb码是baba。

unicode也是一种字符编码方法,不过它是由国际组织设计,可以容纳全世界所有语言文字的编码方案。unicode的学名是"universalmultiple-octet coded character set",简称为ucs。ucs可以看作是"unicode characterset"的缩写。

根据维基百科全书(http://zh.wikipedia.org/wiki/)的记载:历史上存在两个试图独立设计unicode的组织,即国际标准化组织(iso)和一个软件制造商的协会(unicode.org)。iso开发了iso 10646项目,unicode协会开发了unicode项目。

在1991年前后,双方都认识到世界不需要两个不兼容的字符集。于是它们开始合并双方的工作成果,并为创立一个单一编码表而协同工作。从unicode2.0开始,unicode项目采用了与iso 10646-1相同的字库和字码。

目前两个项目仍都存在,并独立地公布各自的标准。unicode协会现在的最新版本是2005年的unicode 4.1.0。iso的最新标准是iso 10646-3:2003。

ucs只是规定如何编码,并没有规定如何传输、保存这个编码。例如“汉”字的ucs编码是6c49,我可以用4个ascii数字来传输、保存这个编码;也可以用utf-8编码:3个连续的字节e6 b189来表示它。关键在于通信双方都要认可。utf-8、utf-7、utf-16都是被广泛接受的方案。utf-8的一个特别的好处是它与iso-8859-1完全兼容。utf是“ucs transformation format”的缩写。

ietf的rfc2781和rfc3629以rfc的一贯风格,清晰、明快又不失严谨地描述了utf-16和utf-8的编码方法。我总是记不得ietf是internet engineering task force的缩写。但ietf负责维护的rfc是internet上一切规范的基础。

2.1、内码和code page
目前windows的内核已经支持unicode字符集,这样在内核上可以支持全世界所有的语言文字。但是由于现有的大量程序和文档都采用了某种特定语言的编码,例如gbk,windows不可能不支持现有的编码,而全部改用unicode。

windows使用代码页(code page)来适应各个国家和地区。code page可以被理解为前面提到的内码。gbk对应的code page是cp936。

微软也为gb18030定义了code page:cp54936。但是由于gb18030有一部分4字节编码,而windows的代码页只支持单字节和双字节编码,所以这个code page是无法真正使用的。

3、ucs-2、ucs-4、bmp
ucs有两种格式:ucs-2和ucs-4。顾名思义,ucs-2就是用两个字节编码,ucs-4就是用4个字节(实际上只用了31位,最高位必须为0)编码。下面让我们做一些简单的数学游戏:

ucs-2有2^16=65536个码位,ucs-4有2^31=2147483648个码位。

ucs-4根据最高位为0的最高字节分成2^7=128个group。每个group再根据次高字节分为256个plane。每个plane根据第3个字节分为256行 (rows),每行包含256个cells。当然同一行的cells只是最后一个字节不同,其余都相同。

group 0的plane 0被称作basic multilingual plane, 即bmp。或者说ucs-4中,高两个字节为0的码位被称作bmp。

将ucs-4的bmp去掉前面的两个零字节就得到了ucs-2。在ucs-2的两个字节前加上两个零字节,就得到了ucs-4的bmp。而目前的ucs-4规范中还没有任何字符被分配在bmp之外。

4、utf编码

utf-8就是以8位为单元对ucs进行编码。从ucs-2到utf-8的编码方式如下:

ucs-2编码(16进制) utf-8 字节流(二进制)
0000 - 007f 0xxxxxxx
0080 - 07ff 110xxxxx 10xxxxxx
0800 - ffff 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

例如“汉”字的unicode编码是6c49。6c49在0800-ffff之间,所以肯定要用3字节模板了:1110xxxx 10xxxxxx10xxxxxx。将6c49写成二进制是:0110 110001 001001,用这个比特流依次代替模板中的x,得到:1110011010110001 10001001,即e6 b1 89。

读者可以用记事本测试一下我们的编码是否正确。需要注意,ultraedit在打开utf-8编码的文本文件时会自动转换为utf-16,可能产生混淆。你可以在设置中关掉这个选项。更好的工具是hex workshop。

utf-16以16位为单元对ucs进行编码。对于小于0x10000的ucs码,utf-16编码就等于ucs码对应的16位无符号整数。对于不小于0x10000的ucs码,定义了一个算法。不过由于实际使用的ucs2,或者ucs4的bmp必然小于0x10000,所以就目前而言,可以认为utf-16和ucs-2基本相同。但ucs-2只是一个编码方案,utf-16却要用于实际的传输,所以就不得不考虑字节序的问题。

5、utf的字节序和bom
utf-8以字节为编码单元,没有字节序的问题。utf-16以两个字节为编码单元,在解释一个utf-16文本前,首先要弄清楚每个编码单元的字节序。例如“奎”的unicode编码是594e,“乙”的unicode编码是4e59。如果我们收到utf-16字节流“594e”,那么这是“奎”还是“乙”?

unicode规范中推荐的标记字节顺序的方法是bom。bom不是“bill of material”的bom表,而是byte order mark。bom是一个有点小聪明的想法:

在ucs编码中有一个叫做"zero width no-breakspace"的字符,它的编码是feff。而fffe在ucs中是不存在的字符,所以不应该出现在实际传输中。ucs规范建议我们在传输字节流前,先传输字符"zero width no-break space"。

这样如果接收者收到feff,就表明这个字节流是big-endian的;如果收到fffe,就表明这个字节流是little-endian的。因此字符"zero width no-break space"又被称作bom。

utf-8不需要bom来表明字节顺序,但可以用bom来表明编码方式。字符"zero width no-breakspace"的utf-8编码是ef bb bf(读者可以用我们前面介绍的编码方法验证一下)。所以如果接收者收到以ef bbbf开头的字节流,就知道这是utf-8编码了。

windows就是使用bom来标记文本文件的编码方式的。

6、进一步的参考资料
本文主要参考的资料是 "short overview of iso-iec 10646 and unicode" (http://www.nada.kth.se/i18n/ucs/unicode-iso10646-oview.html)。

我还找了两篇看上去不错的资料,不过因为我开始的疑问都找到了答案,所以就没有看:

"understanding unicode a general introduction to the unicode standard" (http://scripts.sil.org/cms/scripts/page.php?site_id=nrsi&item_id=iws-chapter04a)
"character set encoding basics understanding character set encodings and legacy encodings" (http://scripts.sil.org/cms/scripts/page.php?site_id=nrsi&item_id=iws-chapter03)
我写过utf-8、ucs-2、gbk相互转换的软件包,包括使用windows api和不使用windows api的版本。以后有时间的话,我会整理一下放到我的个人主页上(http://fmddlmyy.home4u.china.com)。

我是想清楚所有问题后才开始写这篇文章的,原以为一会儿就能写好。没想到考虑措辞和查证细节花费了很长时间,竟然从下午1:30写到9:00。希望有读者能从中受益。

附录1 再说说区位码、gb2312、内码和代码页
有的朋友对文章中这句话还有疑问:
“gb2312的原文还是区位码,从区位码到内码,需要在高字节和低字节上分别加上a0。”

我再详细解释一下:

“gb2312的原文”是指国家1980年的一个标准《中华人民共和国国家标准 信息交换用汉字编码字符集 基本集 gb2312-80》。这个标准用两个数来编码汉字和中文符号。第一个数称为“区”,第二个数称为“位”。所以也称为区位码。1-9区是中文符号,16-55区是一级汉字,56-87区是二级汉字。现在windows也还有区位输入法,例如输入1601得到“啊”。(这个区位输入法可以自动识别16进制的gb2312和10进制的区位码,也就是说输入b0a1同样会得到“啊”。)

内码是指操作系统内部的字符编码。早期操作系统的内码是与语言相关的。现在的windows在系统内部支持unicode,然后用代码页适应各种语言,“内码”的概念就比较模糊了。微软一般将缺省代码页指定的编码说成是内码。

内码这个词汇,并没有什么官方的定义,代码页也只是微软这个公司的叫法。作为程序员,我们只要知道它们是什么东西,没有必要过多地考证这些名词。

所谓代码页(code page)就是针对一种语言文字的字符编码。例如gbk的code page是cp936,big5的code page是cp950,gb2312的code page是cp20936。

windows中有缺省代码页的概念,即缺省用什么编码来解释字符。例如windows的记事本打开了一个文本文件,里面的内容是字节流:ba、ba、d7、d6。windows应该去怎么解释它呢?

是按照unicode编码解释、还是按照gbk解释、还是按照big5解释,还是按照iso8859-1去解释?如果按gbk去解释,就会得到“汉字”两个字。按照其它编码解释,可能找不到对应的字符,也可能找到错误的字符。所谓“错误”是指与文本作者的本意不符,这时就产生了乱码。

答案是windows按照当前的缺省代码页去解释文本文件里的字节流。缺省代码页可以通过控制面板的区域选项设置。记事本的另存为中有一项ansi,其实就是按照缺省代码页的编码方法保存。

windows的内码是unicode,它在技术上可以同时支持多个代码页。只要文件能说明自己使用什么编码,用户又安装了对应的代码页,windows就能正确显示,例如在html文件中就可以指定charset。

有的html文件作者,特别是英文作者,认为世界上所有人都使用英文,在文件中不指定charset。如果他使用了0x80-0xff之间的字符,中文windows又按照缺省的gbk去解释,就会出现乱码。这时只要在这个html文件中加上指定charset的语句,例如:
<meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=iso8859-1">
如果原作者使用的代码页和iso8859-1兼容,就不会出现乱码了。

再说区位码,啊的区位码是1601,写成16进制是0x10,0x01。这和计算机广泛使用的ascii编码冲突。为了兼容00-7f的ascii编码,我们在区位码的高、低字节上分别加上a0。这样“啊”的编码就成为b0a1。我们将加过两个a0的编码也称为gb2312编码,虽然gb2312的原文根本没提到这一点。

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