文件编码问题集锦
字符，字节和编码
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级别：初级
摘要：本文介绍了字符与编码的发展过程，相关概念的正确理解。举例说明了一些实际应用中，编码的实现方法。然后，本文讲述了通常对字符与编码的几种误解，由于这些误解而导致乱码产生的原因，以及消除乱码的办法。本文的内容涵盖了“中文问题”，“乱码问题”。
引言
“字符与编码”是一个被经常讨论的话题。即使这样，时常出现的乱码仍然困扰着大家。虽然我们有很多的办法可以用来消除乱码，但我们并不一定理解这些办法的内在原理。而有的乱码产生的原因，实际上由于底层代码本身有问题所导致的。因此，不仅是初学者会对字符编码感到模糊，有的底层开发人员同样对字符编码缺乏准确的理解。
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1. 编码问题的由来，相关概念的理解
1.1 字符与编码的发展
从计算机对多国语言的支持角度看，大致可以分为三个阶段：
| 系统内码 | 说明 | 系统 | |
| 阶段一 | ASCII | 计算机刚开始只支持英语，其它语言不能够在计算机上存储和显示。 | 英文 DOS |
| 阶段二 | ANSI编码 （本地化） |
为使计算机支持更多语言，通常使用 0x80~0xFF 范围的 2 个字节来表示 1 个字符。比如：汉字 '中' 在中文操作系统中，使用 [0xD6,0xD0] 这两个字节存储。 不同的国家和地区制定了不同的标准，由此产生了 GB2312, BIG5, JIS 等各自的编码标准。这些使用 2 个字节来代表一个字符的各种汉字延伸编码方式，称为 ANSI 编码。在简体中文系统下，ANSI 编码代表 GB2312 编码，在日文操作系统下，ANSI 编码代表 JIS 编码。 不同 ANSI 编码之间互不兼容，当信息在国际间交流时，无法将属于两种语言的文字，存储在同一段 ANSI 编码的文本中。 |
中文 DOS，中文 Windows 95/98，日文 Windows 95/98 |
| 阶段三 | UNICODE （国际化） |
为了使国际间信息交流更加方便，国际组织制定了 UNICODE 字符集，为各种语言中的每一个字符设定了统一并且唯一的数字编号，以满足跨语言、跨平台进行文本转换、处理的要求。 | Windows NT/2000/XP，Linux，Java |
字符串在内存中的存放方法：
在 ASCII 阶段，单字节字符串使用一个字节存放一个字符（SBCS）。比如，"Bob123" 在内存中为：
| 42 | 6F | 62 | 31 | 32 | 33 | 00 |
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| B | o | b | 1 | 2 | 3 | /0 |
在使用 ANSI 编码支持多种语言阶段，每个字符使用一个字节或多个字节来表示（MBCS），因此，这种方式存放的字符也被称作多字节字符。比如，"中文123" 在中文 Windows 95 内存中为7个字节，每个汉字占2个字节，每个英文和数字字符占1个字节：
| D6 | D0 | CE | C4 | 31 | 32 | 33 | 00 |
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| 中 | 文 | 1 | 2 | 3 | /0 | ||
在 UNICODE 被采用之后，计算机存放字符串时，改为存放每个字符在 UNICODE 字符集中的序号。目前计算机一般使用 2 个字节（16 位）来存放一个序号（DBCS），因此，这种方式存放的字符也被称作宽字节字符。比如，字符串 "中文123" 在 Windows 2000 下，内存中实际存放的是 5 个序号：
| 2D | 4E | 87 | 65 | 31 | 00 | 32 | 00 | 33 | 00 | 00 | 00 | ← 在 x86 CPU 中，低字节在前 |
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| 中 | 文 | 1 | 2 | 3 | /0 | |||||||
一共占 10 个字节。
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1.2 字符，字节，字符串
理解编码的关键，是要把字符的概念和字节的概念理解准确。这两个概念容易混淆，我们在此做一下区分：
| 概念描述 | 举例 | |
| 字符 | 人们使用的记号，抽象意义上的一个符号。 | '1', '中', 'a', '$', '￥', …… |
| 字节 | 计算机中存储数据的单元，一个8位的二进制数，是一个很具体的存储空间。 | 0x01, 0x45, 0xFA, …… |
| ANSI 字符串 |
在内存中，如果“字符”是以 ANSI 编码形式存在的，一个字符可能使用一个字节或多个字节来表示，那么我们称这种字符串为 ANSI 字符串或者多字节字符串。 | "中文123" （占7字节） |
| UNICODE 字符串 |
在内存中，如果“字符”是以在 UNICODE 中的序号存在的，那么我们称这种字符串为 UNICODE 字符串或者宽字节字符串。 | L"中文123" （占10字节） |
由于不同 ANSI 编码所规定的标准是不相同的，因此，对于一个给定的多字节字符串，我们必须知道它采用的是哪一种编码规则，才能够知道它包含了哪些“字符”。而对于 UNICODE 字符串来说，不管在什么环境下，它所代表的“字符”内容总是不变的。
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1.3 字符集与编码
各个国家和地区所制定的不同 ANSI 编码标准中，都只规定了各自语言所需的“字符”。比如：汉字标准（GB2312）中没有规定韩国语字符怎样存储。这些 ANSI 编码标准所规定的内容包含两层含义：
- 使用哪些字符。也就是说哪些汉字，字母和符号会被收入标准中。所包含“字符”的集合就叫做“字符集”。
- 规定每个“字符”分别用一个字节还是多个字节存储，用哪些字节来存储，这个规定就叫做“编码”。
各个国家和地区在制定编码标准的时候，“字符的集合”和“编码”一般都是同时制定的。因此，平常我们所说的“字符集”，比如：GB2312, GBK, JIS 等，除了有“字符的集合”这层含义外，同时也包含了“编码”的含义。
“UNICODE 字符集”包含了各种语言中使用到的所有“字符”。用来给 UNICODE 字符集编码的标准有很多种，比如：UTF-8, UTF-7, UTF-16, UnicodeLittle, UnicodeBig 等。
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2. 字符与编码在程序中的实现
2.1 程序中的字符与字节
在 C++ 和 Java 中，用来代表“字符”和“字节”的数据类型，以及进行编码的方法：
| 类型或操作 | C++ | Java |
| 字符 | wchar_t | char * |
| 字节 | char | byte |
| ANSI 字符串 | char[] | byte[] |
| UNICODE 字符串 | wchar_t[] | String |
| 字节串→字符串 | mbstowcs(), MultiByteToWideChar() * | string = new String(bytes, "encoding") |
| 字符串→字节串 | wcstombs(), WideCharToMultiByte() | bytes = string.getBytes("encoding") |
以上需要注意几点：
- Java 中的 char 代表一个“UNICODE 字符（宽字节字符）”，而 C++ 中的 char 代表一个字节。
- MultiByteToWideChar() 和 WideCharToMultiByte() 是 Windows API 函数。
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2.2 C++ 中相关实现方法
声明一段字符串常量：
| // ANSI 字符串，内容长度 7 字节 char sz[20] = "中文123"; // UNICODE 字符串，内容长度 5 个 wchar_t（10 字节） wchar_t wsz[20] = L"/x4E2D/x6587/x0031/x0032/x0033"; |
UNICODE 字符串的 I/O 操作，字符与字节的转换操作：
| // 运行时设定当前 ANSI 编码，VC 格式 setlocale(LC_ALL, ".936"); // GCC 中格式 setlocale(LC_ALL, "zh_CN.GBK"); // Visual C++ 中使用小写 %s，按照 setlocale 指定编码输出到文件 // GCC 中使用大写 %S fwprintf(fp, L"%s/n", wsz); // 把 UNICODE 字符串按照 setlocale 指定的编码转换成字节 wcstombs(sz, wsz, 20); // 把字节串按照 setlocale 指定的编码转换成 UNICODE 字符串 mbstowcs(wsz, sz, 20); |
在 Visual C++ 中，UNICODE 字符串常量有更简单的表示方法。如果源程序的编码与当前默认 ANSI 编码不符，则需要使用 #pragma setlocale，告诉编译器源程序使用的编码：
| // 如果源程序的编码与当前默认 ANSI 编码不一致， // 则需要此行，编译时用来指明当前源程序使用的编码 #pragma setlocale(".936") // UNICODE 字符串常量，内容长度 10 字节 wchar_t wsz[20] = L"中文123"; |
以上需要注意 #pragma setlocale 与 setlocale(LC_ALL, "") 的作用是不同的，#pragma setlocale 在编译时起作用，setlocale() 在运行时起作用。
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2.3 Java 中相关实现方法
字符串类 String 中的内容是 UNICODE 字符串：
| // Java 代码，直接写中文 String string = "中文123"; // 得到长度为 5，因为是 5 个字符 System.out.println(string.length()); |
字符串 I/O 操作，字符与字节转换操作。在 Java 包 java.io.* 中，以“Stream”结尾的类一般是用来操作“字节串”的类，以“Reader”，“Writer”结尾的类一般是用来操作“字符串”的类。
| // 字符串与字节串间相互转化 // 按照 GB2312 得到字节（得到多字节字符串） byte [] bytes = string.getBytes("GB2312"); // 从字节按照 GB2312 得到 UNICODE 字符串 string = new String(bytes, "GB2312"); // 要将 String 按照某种编码写入文本文件，有两种方法： // 第一种办法：用 Stream 类写入已经按照指定编码转化好的字节串 OutputStream os = new FileOutputStream("1.txt"); os.write(bytes); os.close(); // 第二种办法：构造指定编码的 Writer 来写入字符串 Writer ow = new OutputStreamWriter(new FileOutputStream("2.txt"), "GB2312"); ow.write(string); ow.close(); /* 最后得到的 1.txt 和 2.txt 都是 7 个字节 */ |
如果 java 的源程序编码与当前默认 ANSI 编码不符，则在编译的时候，需要指明一下源程序的编码。比如：
| E:/>javac -encoding BIG5 Hello.java |
以上需要注意区分源程序的编码与 I/O 操作的编码，前者是在编译时起作用，后者是在运行时起作用。
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3. 几种误解，以及乱码产生的原因和解决办法
3.1 容易产生的误解
| 对编码的误解 | |
| 误解一 | 在将“字节串”转化成“UNICODE 字符串”时，比如在读取文本文件时，或者通过网络传输文本时，容易将“字节串”简单地作为单字节字符串，采用每“一个字节”就是“一个字符”的方法进行转化。 而实际上，在非英文的环境中，应该将“字节串”作为 ANSI 字符串，采用适当的编码来得到 UNICODE 字符串，有可能“多个字节”才能得到“一个字符”。 通常，一直在英文环境下做开发的程序员们，容易有这种误解。 |
| 误解二 | 在 DOS，Windows 98 等非 UNICODE 环境下，字符串都是以 ANSI 编码的字节形式存在的。这种以字节形式存在的字符串，必须知道是哪种编码才能被正确地使用。这使我们形成了一个惯性思维：“字符串的编码”。 当 UNICODE 被支持后，Java 中的 String 是以字符的“序号”来存储的，不是以“某种编码的字节”来存储的，因此已经不存在“字符串的编码”这个概念了。只有在“字符串”与“字节串”转化时，或者，将一个“字节串”当成一个 ANSI 字符串时，才有编码的概念。 不少的人都有这个误解。 |
第一种误解，往往是导致乱码产生的原因。第二种误解，往往导致本来容易纠正的乱码问题变得更复杂。
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3.2 常用的编码简介
简单介绍一下常用的编码规则，为后边的章节做一个准备。在这里，我们根据编码规则的特点，把所有的编码分成三类：
| 分类 | 编码标准 | 说明 |
| 单字节字符编码 | ISO-8859-1 | 最简单的编码规则，每一个字节直接作为一个 UNICODE 字符。比如，[0xD6, 0xD0] 这两个字节，通过 iso-8859-1 转化为字符串时，将直接得到 [0x00D6, 0x00D0] 两个 UNICODE 字符，即 "ÖÐ"。 反之，将 UNICODE 字符串通过 iso-8859-1 转化为字节串时，只能正常转化 0~255 范围的字符。 |
| ANSI 编码 | GB2312, BIG5, Shift_JIS, ISO-8859-2 …… |
把 UNICODE 字符串通过 ANSI 编码转化为“字节串”时，根据各自编码的规定，一个 UNICODE 字符可能转化成一个字节或多个字节。 反之，将字节串转化成字符串时，也可能多个字节转化成一个字符。比如，[0xD6, 0xD0] 这两个字节，通过 GB2312 转化为字符串时，将得到 [0x4E2D] 一个字符，即 '中' 字。 “ANSI 编码”的特点： 1. 这些“ANSI 编码标准”都只能处理各自语言范围之内的 UNICODE 字符。 2. “UNICODE 字符”与“转换出来的字节”之间的关系是人为规定的。 |
| UNICODE 编码 | UTF-8, UTF-16, UnicodeBig …… |
与“ANSI 编码”类似的，把字符串通过 UNICODE 编码转化成“字节串”时，一个 UNICODE 字符可能转化成一个字节或多个字节。 与“ANSI 编码”不同的是： 1. 这些“UNICODE 编码”能够处理所有的 UNICODE 字符。 2. “UNICODE 字符”与“转换出来的字节”之间是可以通过计算得到的。 |
在这里，我们可以看到，前面所讲的“误解一”，即采用每“一个字节”就是“一个字符”的转化方法，实际上也就等同于采用 iso-8859-1 进行转化。因此，我们常常使用 bytes = string.getBytes("iso-8859-1") 来进行逆向操作，得到原始的“字节串”。然后再使用正确的 ANSI 编码，比如 string = new String(bytes, "GB2312")，来得到正确的“UNICODE 字符串”。
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3.3 非 UNICODE 程序在不同语言环境间移植时的乱码
非 UNICODE 程序中的字符串，都是以某种 ANSI 编码形式存在的。如果程序运行时的语言环境与开发时的语言环境不同，将会导致 ANSI 字符串的显示失败。
比如，在日文环境下开发的非 UNICODE 的日文程序界面，拿到中文环境下运行时，界面上将显示乱码。如果这个日文程序界面改为采用 UNICODE 来记录字符串，那么当在中文环境下运行时，界面上将可以显示正常的日文。
由于客观原因，有时候我们必须在中文操作系统下运行非 UNICODE 的日文软件，这时我们可以采用一些工具，比如，南极星，AppLocale 等，暂时的模拟不同的语言环境。
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3.4 网页提交字符串
当页面中的表单提交字符串时，首先把字符串按照当前页面的编码，转化成字节串。然后再将每个字节转化成 "%XX" 的格式提交到 Web 服务器。比如，一个编码为 GB2312 的页面，提交 "中" 这个字符串时，提交给服务器的内容为 "%D6%D0"。
在服务器端，Web 服务器把收到的 "%D6%D0" 转化成 [0xD6, 0xD0] 两个字节，然后再根据 GB2312 编码规则得到 "中" 字。
在 Tomcat 服务器中，request.getParameter() 得到乱码时，常常是因为前面提到的“误解一”造成的。默认情况下，当提交 "%D6%D0" 给 Tomcat 服务器时，request.getParameter() 将返回 [0x00D6, 0x00D0] 两个 UNICODE 字符，而不是返回一个 "中" 字符。因此，我们需要使用 bytes = string.getBytes("iso-8859-1") 得到原始的字节串，再用 string = new String(bytes, "GB2312") 重新得到正确的字符串 "中"。
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3.5 从数据库读取字符串
通过数据库客户端（比如 ODBC 或 JDBC）从数据库服务器中读取字符串时，客户端需要从服务器获知所使用的 ANSI 编码。当数据库服务器发送字节流给客户端时，客户端负责将字节流按照正确的编码转化成 UNICODE 字符串。
如果从数据库读取字符串时得到乱码，而数据库中存放的数据又是正确的，那么往往还是因为前面提到的“误解一”造成的。解决的办法还是通过 string = new String( string.getBytes("iso-8859-1"), "GB2312") 的方法，重新得到原始的字节串，再重新使用正确的编码转化成字符串。
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3.6 电子邮件中的字符串
当一段 Text 或者 HTML 通过电子邮件传送时，发送的内容首先通过一种指定的字符编码转化成“字节串”，然后再把“字节串”通过一种指定的传输编码（Content-Transfer-Encoding）进行转化得到另一串“字节串”。比如，打开一封电子邮件源代码，可以看到类似的内容：
| Content-Type: text/plain; charset="gb2312" Content-Transfer-Encoding: base64 sbG+qcrQuqO17cf4yee74bGjz9W7+b3wudzA7dbQ0MQNCg0KvPKzxqO6uqO17cnnsaPW0NDEDQoNCg== |
最常用的 Content-Transfer-Encoding 有 Base64 和 Quoted-Printable 两种。在对二进制文件或者中文文本进行转化时，Base64 得到的“字节串”比 Quoted-Printable 更短。在对英文文本进行转化时，Quoted-Printable 得到的“字节串”比 Base64 更短。
邮件的标题，用了一种更简短的格式来标注“字符编码”和“传输编码”。比如，标题内容为 "中"，则在邮件源代码中表示为：
| // 正确的标题格式 Subject: =?GB2312?B?1tA=?= |
其中，
- 第一个“=?”与“?”中间的部分指定了字符编码，在这个例子中指定的是 GB2312。
- “?”与“?”中间的“B”代表 Base64。如果是“Q”则代表 Quoted-Printable。
- 最后“?”与“?=”之间的部分，就是经过 GB2312 转化成字节串，再经过 Base64 转化后的标题内容。
如果“传输编码”改为 Quoted-Printable，同样，如果标题内容为 "中"：
| // 正确的标题格式 Subject: =?GB2312?Q?=D6=D0?= |
如果阅读邮件时出现乱码，一般是因为“字符编码”或“传输编码”指定有误，或者是没有指定。比如，有的发邮件组件在发送邮件时，标题 "中"：
| // 错误的标题格式 Subject: =?ISO-8859-1?Q?=D6=D0?= |
这样的表示，实际上是明确指明了标题为 [0x00D6, 0x00D0]，即 "ÖÐ"，而不是 "中"。
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4. 几种错误理解的纠正
误解：“ISO-8859-1 是国际编码？”
非也。iso-8859-1 只是单字节字符集中最简单的一种，也就是“字节编号”与“UNICODE 字符编号”一致的那种编码规则。当我们要把一个“字节串”转化成“字符串”，而又不知道它是哪一种 ANSI 编码时，先暂时地把“每一个字节”作为“一个字符”进行转化，不会造成信息丢失。然后再使用 bytes = string.getBytes("iso-8859-1") 的方法可恢复到原始的字节串。
误解：“Java 中，怎样知道某个字符串的内码？”
Java 中，字符串类 java.lang.String 处理的是 UNICODE 字符串，不是 ANSI 字符串。我们只需要把字符串作为“抽象的符号的串”来看待。因此不存在字符串的内码的问题。
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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 big endian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 big endian）,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little endian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。还是将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，其中一个皇帝送了命，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。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。现在的PC平台必须支持GB18030，对嵌入式产品暂不作要求。所以手机、MP3一般只支持GB2312。
从ASCII、GB2312、GBK到GB18030，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到GB18030都属于双字节字符集 (DBCS)。
有的中文Windows的缺省内码还是GBK，可以通过GB18030升级包升级到GB18030。不过GB18030相对GBK增加的字符，普通人是很难用到的，通常我们还是用GBK指代中文Windows内码。
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。
在DBCS中，GB内码的存储格式始终是big endian，即高位在前。
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"Universal Multiple-Octet Coded Character Set"，简称为UCS。UCS可以看作是"Unicode Character Set"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10646-3:2003。
UCS规定了怎么用多个字节表示各种文字。怎样传输这些编码，是由UTF(UCS Transformation Format)规范规定的，常见的UTF规范包括UTF-8、UTF-7、UTF-16。
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。
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 10xxxxxx 10xxxxxx。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：11100110 10110001 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。
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。例如收到一个“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-BREAK SPACE"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-BREAK SPACE"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 BB BF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。
（续一）
在天涯的IT视界，有网友指出我说GB18030属于DBCS是错误的。网友的指教是正确的。在这里也贴一下我在天涯的回复，以纠正原文的错误，同时谈谈关于GB18030的一些看法。如果还有什么说得不对的地方，欢迎大家不吝赐教。
这篇文章的本意是介绍UCS的基础知识。在写到汉字编码时，因为这部分我以前比较熟悉，就多写了两句，也没有仔细查证。关于GB18030的一些文字是不正确的。这里就GB18030再做一些说明：
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。
我的文章中关于GB18030有两点描述是不准确的：
1、我说中文Windows的内码可以通过升级到GB18030，事实上中文Windows的内码还是GBK。
2、我说GB18030属于DBCS，事实上GB18030是4字节字符集。
下面再谈谈微软对GB18030问题上的处理：
我之所以会有中文Windows的内码已经升级到GB18030的印象是因为GB18030是中国的强制标准,而微软既提供了GB18030的升级包,我就以为升级后的内码可以支持GB18030。但经过查证发现升级后，Windows内码还是不支持GB18030。
其实NT架构的内核已经是Unicode编码。传统意义的内码是通过code page实现的。例如GBK对应的code page就是CP936。
微软确实为GB18030增加了一个code page：CP54936。但是这个code page是无法真正使用的。无法使用的原因在微软网站上就有详细的解释：
Is GB18030 replacing the Windows Simplified Chinese code page (CP936)?
No, Windows code pages must be either one byte (SBCS) or a mix of one and two bytes (DBCS). This requirement is reflected throughout our code e.g. in data structures, program interfaces, network protocols and applications. The existing code page for Simplified Chinese, CP936, is a double byte code page. GB18030 is a four–byte code page i.e. every character is represented by one, two or four bytes. To replace CP936 with GB18030 would require rewriting much of the system. Even if we were to do this, such a system would not run regular applications nor interoperate with regular Windows.
微软目前的代码只支持DBCS和SBCS，无法支持4字节字符集。这也就是我前面谈到的对DBCS的解析，DBCS通过对高字节最高位的判断区分两字节编码，如果要支持4字节编码，例如8139EF30，就必须全面修改相关代码。微软认为这样的改动即困难又没有意义。
微软的GB18030升级包主要有3点内容：
1、提供了一套支持CJK扩展A的6582个汉字的新字体：新宋体-18030
2、增加了不能使用的code page：CP54936
3、提供了一个有几个4字节编码转换函数的DLL和一个GB18030和Unicode编码的转换程序。
说起这个转换程序，还有一点比较可笑。我用这个转换程序试着转换CJK扩展A的几个字符，源文件的16进制是：
FFFE 0034 0134 0234 0334 0434 0534
这是一个Little-Endian的Unicode文本文件，转换得到的结果是：
8139 EE39 8139 EF30 8139 EF31 8139 EF32 8139 EF33 8139 EF34
事实上，根据GB18030，UCS的0x3400的编码应该是8139EF30。这个转换程序的结果是正确结果-1。
从以上分析可见，微软只是提供了GB18030要求的字汇，根本不能支持GB18030的编码。但微软网站上却是说自己的方案已经 Approved by the Chinese testing agency. 而且微软对GB18030问题的应付显然是很马虎的。连一个很简单的转换程序都有明显的错误。
我对GB18030并没有什么好感，它对CJK扩展A的6582个汉字进行4字节编码，虽然编码设计上有很好的扩展性，但显然没有考虑到如何兼容当前的软件平台。
但GB18030既然是一个国家的强制标准，但在执行时又敷衍了事，而没有明确的说法。这种出尔反尔的做法，实在不是什么光彩的事情。
（续二）
另外我的文章中还有一点不准确的地方，下面是网友在CSDN blog上的回复：
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@ 2005.5.8 15:58 adoal 发表评论
“在DBCS中，GB内码的存储格式始终是big endian，即高位在前”，这种说法并不准确。只有wide char（或者理解为16/32-bit integer）的value才存在endian的概念。而GB之类的编码是multi-otect stream，里面的两个字节并不能理解成一个16位的完整整数。这是wide char和MBCS的重要区别。具体可以阅读Ken Lunde的巨著CJKV Information Processing第3、4章。
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我的回复如下：
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@ 2005.5.9 10:45 fmddlmyy 发表评论
谢谢adoal的指点。你说的是正确的。我的说法是错误的。
GB码确实应该理解为multi-otect stream，而不是一个二进制数。
例如UTF-8编码，用多个字节编码一个字符，这多个字节是指定顺序的字节流，而不存在字节序的问题。
UTF-16编码是多个word来编码一个字符，word的顺序是编码方式指定的。word内部才有字节序的问题。
这个概念，我以前比较模糊，看到你的回复后才想清楚。再次感谢你的指点。
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再次感谢网友adoal的指点。
控件使用什么字符编码，应该与编译时定义DBCS还是UNICODE有关吧。
UCS2转换GB2312
Q：请问各位老大：UCS2码怎么转化为GB2312码？
有个char temp[100],是USC2码的，请问各位高手高手高高手怎么把它转化为GB2312码？急啊
---------------------------------------------------------------
A：
/*****************************************************************************
* Class : Global Function
* Function : to_MultiByte
* Description: 把Unicode转换成多字节
* Parameters : char* strSM --要转换的Unicode缓冲
* int nLength -- Unicode缓冲的长度
* Return : 转换后的多字节字串
* Input :
* Output :
* History : Created by Rongdian Monday, April 29, 2002 11:03:15
* Process :
******************************************************************************/
CString to_MultiByte(char* strSM, int nLength){
UINT nLen = 0;
PBYTE lpszM;
PBYTE lpszW = new BYTE[nLength];
memcpy(lpszW, strSM, nLength);
for(int i = 0; i < nLength/2; i++)
*((unsigned short*)lpszW + i) = ntohs(*((unsigned short*)lpszW + i));
nLen = WideCharToMultiByte(936, WC_COMPOSITECHECK,
(const unsigned short*)lpszW, nLength/2, NULL, 0, NULL, NULL);
lpszM = new BYTE[nLen+1];
nLen = WideCharToMultiByte(936, WC_COMPOSITECHECK,
(const unsigned short*)lpszW, nLength/2, (char*)lpszM, nLen, NULL, NULL);
lpszM[nLen] = 0;
CString csSM((LPCTSTR)lpszM, nLen);
delete lpszM;
delete lpszW;
return csSM;
}
UTF-8与GB2312之间的互换
http://www.vckbase.com/document/viewdoc/?id=1444
UNICODE串转换成ANSI串
WideCharToMultiByte()
你可以用WideCharToMultiByte()将一个Unicode串转换成一个ANSI串。此函数的原型如下：
int WideCharToMultiByte (
UINT CodePage,
DWORD dwFlags,
LPCWSTR lpWideCharStr,
int cchWideChar,
LPSTR lpMultiByteStr,
int cbMultiByte,
LPCSTR lpDefaultChar,
LPBOOL lpUsedDefaultChar );
以下是参数解释：
CodePage
Unicode字符转换成的代码页。你可以传递CP_ACP来使用当前的ANSI代码页。代码页是256个字符集。字符0——127与ANSI编码一样。字符128——255与ANSI字符不同，它可以包含图形字符或者读音符号。每一种语言或地区都有其自己的代码页，所以使用正确的代码页对于正确地显示重音字符很重要。
dwFlags
dwFlags 确定Windows如何处理“复合” Unicode字符，它是一种后面带读音符号的字符。如è就是一个复合字符。如果这些字符在CodePage参数指定的代码页中，不会出什么事。否则，Windows必须对之进行转换。
传递WC_COMPOSITECHECK使得这个API检查非映射复合字符。
传递WC_SEPCHARS使得Windows将字符分为两段，即字符加读音，如e`。
传递WC_DISCARDNS使得Windows丢弃读音符号。
传递WC_DEFAULTCHAR使得Windows用lpDefaultChar参数中说明的缺省字符替代复合字符。
缺省行为是WC_SEPCHARS。
lpWideCharStr
要转换的Unicode串。
cchWideChar
lpWideCharStr在Unicode 字符中的长度。通常传递-1，表示这个串是以0x00结尾。
lpMultiByteStr
接受转换的串的字符缓冲
cbMultiByte
lpMultiByteStr的字节大小。
lpDefaultChar
可选——当dwFlags包含WC_COMPOSITECHECK | WC_DEFAULTCHAR并且某个Unicode字符不能被映射到同等的ANSI串时所传递的一个单字符ANSI串，包含被插入的“缺省”字符。可以传递NULL，让API使用系统缺省字符（一种写法是一个问号）。
lpUsedDefaultChar
可选——指向BOOL类型的一个指针，设置它来表示是否缺省字符曾被插入ANSI串。可以传递NULL来忽略这个参数。
我自己都有点晕菜了……!，万事开头难啊……，不搞清楚这些东西就很难搞清楚COM的串处理。何况文档中列出的比实际应用的要复杂得多。下面就给出了如何使用这个API的例子：
// 假设已经有了一个Unicode 串 wszSomeString...
char szANSIString [MAX_PATH];
WideCharToMultiByte ( CP_ACP, // ANSI 代码页
WC_COMPOSITECHECK, // 检查重音字符
wszSomeString, // 原Unicode 串
-1, // -1 意思是串以0x00结尾
szANSIString, // 目的char字符串
sizeof(szANSIString), // 缓冲大小
NULL, // 肥缺省字符串
NULL ); // 忽略这个参数
调用这个函数后，szANSIString将包含Unicode串的ANSI版本。