字符编码探密--ASCII,UTF8,GBK,Unicode

目录

• ASCII 的由来
• 汉字怎么办？
• 博大精深的文化带来的编码麻烦
• Unicode的诞生
• UTF8的出现

ASCII 的由来

在计算机的“原始社会”，有人想把日常的使用的语言使用计算机来表示， 我们知道在计算机的世界里面，只有0和1，为了解决尽量多的去表示字符，最终他们决定用8位0和1（一个字节）来表示字符，并且规定当机器读到这几个数据的时候，做出动作或者打印出指定的字符：

遇上0001 0000, 终端就换行；                

遇上0000 0111, 终端就向人们嘟嘟叫；        

遇上‭‭0001 1011‬, 打印机就打印反白的字，或者终端就用彩色显示字母。

这样就形成了最早期的ASCII码表{:target=”_blank”}，并把小于32的字符称为“控制字符”，剩下的继续进行编写，一直到127个字符，这样一套完整的字符方案就完成了，终于可以把文字搬到计算机中了。

  当大家都在兴奋的可以在电脑的阅读的文章的时候，新的问题又出现了，随着计算机的普及，很多国家都使用了计算机，原来的ASCII码在使用英语的国家可以无障碍的使用，但到了其它国家就无法满足要求了，所以他们决定对后面没有用到的编码（128-255）表示自己国家的语言，并加上了其它的相关的符号，直到编码空间被全部用完，从128-255的字符集称为“ASCII的扩展字符集”。

汉字怎么办？

  等到中国人使用电脑的时候，发现已经没有编码供我们来存储对应的汉字了，连扩展的空间都已经被全部占满了。所以我们的前辈们用自己的智慧创造性提出了新的编码格式：

 1. 去除127之外的乱七八糟的字符串和符号    

 2. 如果一个字节且小于127号的字符，与原ASCII码意义相同    

 3. 如果有两个同时大于127的字符则表示一个汉字，所以就会有一个字符会占用两个字节的说法

  由于汉字占用两个字节，为了方便区别，我们把前面的字节称为“高位”(从161-247)，后面的为“低位”(161-254)，这样的一个搭配能表示出大概7000多个数字， 这个编码把所有用到的数字，符号，标点等等都编写进去，其中也有包括对ASCII码的重写，这样就会有我们常说的全角和半角的符号之分。这样的编码格式就是我们常说的“GB2312”

GB2312对照表{:target=”_blank”}

博大精深的文化带来的编码麻烦

  当我们庆幸我们的汉字可以在计算中进行传递时，却发现GB2312编码小小的内存空间无法表示“博大精深文化” 需求，很多生僻字无法打印。所以不得不对现有的编码格式就行扩容，在剩余高位和低位的空间中寻找还没有使用的编码，但后来发现还是不够用，因为我们还有繁体字。

  经过几次折腾，最终决定放弃对低位的限制，不再要求低位是大于127的值，一旦发现高位是大于127的就认为是汉字，这样又多了大概20000个汉字的表示，这种扩展的编码格式称为：GBK2312

   再后来我们发现光有汉字是无法把“中国的文字” 全部表示出来，我们还要表示其它民族的文字，所以又对原来的编码格式进行扩展,最终形成编码：GB18030

Unicode的诞生

随着计算机的普及，世界很多国家和很多民族都使用了计算机，各种编码格式也越来越多。随着相互之间的文字交流也越来越频繁，编码格式是成为了主要的障碍，是时候是时候需要一个更为兼容性强大的的编码格式来一统天下，这个编码就是Unicode{:target=”_blank”}，创建它的是就是ISO（国际标谁化组织）。ISO当然解决这个问题也比较简单粗暴：

 1. 废除所有地区性的编码    

 2. 重新制定一个能够包含地球上所有的编码

  在Unicode的制定的时候，硬件已经不再那么的昂贵，所以就大气的把原来的使用一个字节表示(8位)，改用成两个字符(16位)表示，其它的字符统一编码，这样理论上一共最多可以表示2^16（即65536）个字符，基本满足各种语言的使用。实际上当前版本的统一码并未完全使用这16位编码，而是保留了大量空间以作为特殊使用或将来扩展。这种大气的方式，虽然统一的编码方式，但也同样带来了问题，由于扩展的字节数，使用原来能用一个字节表示的字母和半角字符的高位都是0，存储空间比原来多了一倍。同样Unincode中，所有的字符都是都是两个字节 而汉字也由原来的两个字符转成了一个字符 —（更多的实现方式不属于此文的讨论之内）

这里要注意字符与字节的区别，在ASCII码的代码，一个字节是8位，用一个字节来表示一个字符，而汉字用两个字节来表示，所以有汉字可以作为两个字符。

而在Unicode时代，一个字节还是8位，但是所有的字符表示都是用两个字节，所以汉字也就算成一个字符

  上述16位统一码字符构成基本多文种平面。最新（但未实际广泛使用）的统一码版本定义了16个辅助平面，两者合起来至少需要占据21位的编码空间，比3字节略少。但事实上辅助平面字符仍然占用4字节编码空间，与UCS-4保持一致。未来版本会扩充到ISO 10646-1实现级别3，即涵盖UCS-4的所有字符。UCS-4是一个更大的尚未填充完全的31位字符集，加上恒为0的首位，共需占据32位，即4字节。理论上最多能表示2^31个字符，完全可以涵盖一切语言所用的符号。

相关资料：Unicode字符平面映射{:target=”_blank”}

半角字符“A”的表示方法：       

ASCII码： 01000001    

Unicode编码:00000000 01000001       

汉字“付”的表示方法    

GBK编码：‭10111000‬ 10110110‬    

Unicode编码：01001110‬ ‭11011000‬

UTF8的出现

伴随着Unicode的缺点的出现，特别是到互联网的出现，为解决unicode如何在网络上传输的问题，可谓各种实现方法都出现了，具有代表性的就是UTF8和UTF16。这里强调：他们的关系是UTF8和UTF16是Unicode的一种实现方式。

那UTF8又是如何表示字符的呢？ UTF8的最大的特点是可伸缩性，具体的编码规则：

1. 对于一个单字节字符，而且首位为0 ，其余的用Unicode补齐。所以对于ASCII内的字符，ASCII的编码与UTF8相同。     

2. 对于n字节的字符，第一个字节的前n位都设为1，第n+1位设为0，后面字节的前两位一律设为10。剩下的没有提及的二进制位，全部为这个符号的unicode码。

还是以“付”为例：

汉字“付”的表示方法    

GBK编码：‭10111000‬ 10110110‬    

Unicode编码：01001110‬ ‭11011000‬   

UTF-8编码：11100100 10111000 10100101

在读取UTF编码的时候，我们只需要读取前面几位有几个1 ，就可以清楚的知道，当前字符占用了几个字节。

至于编码的转换，如果理解了原理就很简单了，如果有机会我会写出如何手动去转换字符编码 —（如果我还有动力的写下篇的话…）

.net代码实现一个字符编码转换，这里转出来是二进制的数据，其它格式可以自己扩展：

  public static void Main(string[] args)
  {
      ConvertEncode("Unicode", "GBK", "付");
      Console.Read();
  }

  private static void ConvertEncode(string tarEncode, string desEncode, string content, string defaultEncode = "Unicode")
  {
      var byteArr = Encoding.GetEncoding(defaultEncode).GetBytes(content);
      var str = Encoding.Convert(Encoding.GetEncoding(tarEncode), Encoding.GetEncoding(desEncode), byteArr);
      foreach (var b in str)
      {
          Console.Write(Convert.ToString(b, 2));
      }
  }

【参考资料】

1. 维基百科-Unicode{:target=”_blank”}

2. 阮一峰的网络日志-字符编码笔记：ASCII，Unicode和UTF-8{:target=”_blank”}

3. ASCII、Unicode、GBK和UTF-8字符编码的区别联系{:target=”_blank”}