Python中GBK, UTF-8和Unicode的编码问题

编码问题，一直是使用python2时的一块心病。几乎所有的控制台输入输出、IO操作和HTTP操作都会涉及如下的编码问题：

UnicodeDecodeError: ‘ascii’ codec can’t decode byte 0xc4 in position 10: ordinal not in range(128)

这究竟是是个什么东西？！有时稀里糊涂地用一坨encode()，decode()之类的函数让程序能跑对了，可是下次遇到非ASCII编码时又悲剧了。

那么Python 2.x中的字符串究竟是个什么呢？

基本编码知识

在了解Python中字符串(String)的本质前，我们需要知道ASCII、GBK、UTF-8和Unicode的关系究竟几何。
我们知道，任何字符串都是一串二进制字节的序列，而ASCII码是最经典的编码方式，它将序列中的每个字节理解为一个字符，可表示阿拉伯数字、字母在内的128个不同字符。很明显，汉字在ascii中是无法表示的。
为了让计算机能够显示、处理汉字，勤劳朴实的中国人民制定了GBK（GB2312的扩展）编码，这是一种兼容ASCII的不定长（长度为1-2）编码，对于基本的128个字符仍旧用一个字节表示，但“翔”这样的中文就用两个字节表示：

UTF-8与GBK类似，也是一种兼容ASCII码的不定长编码形式，它的长度变化更大，因此可以表示几乎所有世界文字。具体细节可参考维基：http://zh.wikipedia.org/wiki/UTF-8

Unicode是一种定长的编码方式（同ASCII），不过它是每2字节认为是一个字符，如ASCII中0x61表示'a'，在Unicode中用0x0061表示'a'，它可映射所有文字，而且对于多种写法的字，如強/强，它都可以唯一地区分它们。

由于Unicode编码的字符串体积很大，因此一般来说Unicode编码只是文字在内存中的内在形式，具体的存储（如文件、网页等）都需要靠外在的编码（UTF-8、GBK等）诠释。

Python2.x中字符串的本质

Python中实际上有两种字符串，分别是str类型和unicode类型，这两者都是basestring的派生类。它们的区别如下：

字符串类型	常量子串表示	内存中表示	len()	len含义
str	S=“呵呵”	与源码文件完全一致，一坨二进制编码	若源码文件为UTF-8编码， len(S)=6	字节数
unicode	S=u“呵呵”	Unicode编码	len(S)=2	字数

str类型的本质就是一坨二进制串，源文件（或获取的网页）的编码是怎样，它就跟着是怎样。实际上Python并不清楚某个str字符串到底是什么编码。这也就解释了为什么我们需要在python文件的开头标定该文件的编码是什么，如：

# encoding: utf-8

也解释了为什么len()一个str类型的字符串，只会返回它在内存中占用的 字节数 ，而非 文字数 。
相比于str，unicode是真正的字符串。Python明确地知道它的编码，所以可以很自信地获得一个字符串的实际字数。

字符串编码转换：encode()和decode()

Python最常用的编码转换函数是encode()和decode()，他们的本质是：unicode和str的互相转换。
具体而言：
encode(encoding): 将unicode转换为str，并使用encoding编码；
decode(encoding)：将str转换为unicode，其中str以encoding编码。

我们来看一个例子：

#encoding: utf-8
 
s = "你好" # 整个文件是UTF-8编码，所以这里的字符串也是UTF-8
 
u = s.decode("utf-8") # 将utf-8的str转换为unicode
g = u.encode('GBK') # 将unicode转换为str，编码为GBK
print type(s), "len=", len(s) 
# 输出： len= 6，utf-8每个汉字占3字节
 
print type(u), "len=", len(u) 
# 输出： len= 6，unicode统计的是字数
 
print type(g), "len=", len(g) 
# 输出：g = u.encode('GBK')，GBK每个汉字占2字节
 
print s 
# 在GBK/ANSI环境下（如Windows），输出乱码，
#因为此时屏幕输出会被强制理解为GBK；Linux下显示正常
 
print g 
# 在Windows下输出“你好”，
#Linux(UTF-8环境)下报错，原因同上。

在Windows7（中文）下运行结果如下：

 len= 6
 len= 2
 len= 4
浣犲ソ
你好
 
Traceback (most recent call last):
  File "C:/Users/Sunicy/Desktop/encode.py", line 15, in 
    g.decode('utf-8')
  File "C:\Python27\lib\encodings\utf_8.py", line 16, in decode
    return codecs.utf_8_decode(input, errors, True)
UnicodeDecodeError: 'utf8' codec can't decode byte 0xc4 in position 0: invalid cont

判断变量是否为字符串

我们知道Python中判断一个变量是否为某个类型使用isinstance(变量, 类型)函数，如

isinstance(1.2, float)

返回值为True

那么判断变量是不是字符串能不能用

isinstance(s, str)

呢？

答案是否定的。
现在我们知道除了str之外，unicode类型也是字符串，因此上述代码如果遇到unicode字符串，就返回False。
直观地改进是既判断str又判断unicode：

isinstance(s, str) or isinstance(s, unicode)

不过这个方法有效，但是有点傻。既然str和unicode都派生自basestring，那么实际上以basestring作为类型是最稳妥的：

isinstance(s, basestring)

下面是一组例子：

isinstance("aaa", str) # -> True
isinstance({}, dict) # -> True
isinstance([1,], list) # -> True
isinstance("aaa", list) # -> False
isinstance("你", str) # -> False
isinstance("你好", basestring) # -> True
isinstance("aaa", basestring) # -> True

总结

1. unicode是支持所有文字的统一编码，但一般只用作文字的内部表示，文件、网页（也是文件）、屏幕输入输出等处均需使用具体的外在编码，如GBK、UTF-8等；
2. encode和decode都是针对unicode进行“编码”和“解码”，所以encode是unicode->str的过程，decode是str->unicode的过程；
3. unicode和str是一对孪生兄弟，来自basestring，所以用isinstance(s, basestring)来判断s是否为字符串。

原文地址：http://sunicy.com/2013/10/encodings-in-python/