一文读懂ascii，unicode, utf-8，彻底解决UnicodeEncodeError的问题

1. ASCII

在计算机里，一切都是用二进制存储的，比如 a 这个字母，在计算机里，用 0110 0001 这个8个bit来表示，8个bit就是一个字节。所谓ascii，就是一个字符编码，它规定了英文中的各种字符在计算机里表示形式。

ascii码作为一种字符编码，可以表示128个字符与二进制之间的关系，字符a的二进制编码是“0110 0001”,把这个二进制转成10进制就是97，下面的代码可以处理这种关系的转换

en_str = 'a'
en_ascii = ord(en_str)
print(en_ascii, type(en_ascii))

print(chr(97))

输出结果

97 
a

2. unicode

2.1 大一统

只要稍微一思考，就会发现一个严重的问题，ascii码只是对英文的字符进行编码，可是这个世界上的语言文字又不仅仅只有英文，我们常用的汉字就有几千个，可ascii码只能对128个字符进行编码，这让我们中国人咋办

于是乎，我们中国人就搞出了GB2312，GBK这两个字符集，ascii用一个字节进行编码，我们汉字太多，因此我们用多个字节进行编码。

中国人搞一套，法国人搞一套，俄罗斯人又搞了一套，渐渐的，就乱套了。

干脆，搞一个大点的字符集，把这个世界上所有的字符都进行编码，然后大家就用这套编码来处理文本，这就是unicode字符集。

2.2 大一统的问题

unicode只是一个字符集，它规定了不同的字符在二进制上的表示形式，比如“升”这个汉字，它的unicode编码是 \u5347，5347是16进制，转换成成10进制是21319，转成二进制是101 0011 0100 0111，这一个汉字，至少需要2个字节来表示。

下面的代码，演示了获取一个汉字的编码内容

# 1 转成unicode
ch = '升'
ch_unicode = ch.encode('unicode_escape')
print(ch_unicode)

# 2 转成16进制形式
ch_hex = "0x" + str(ch_unicode,encoding='utf-8')[2:]
print(ch_hex)

# 3 转成10进制
ch_int = eval(ch_hex)
print(ch_int)

# 4 转成二进制
print(bin(ch_int))

程序运行结果

b'\\u5347'
0x5347
21319
0b101001101000111

unicode并没有规定这些字符所对应的二进制代码，但是并没有规定这些二进制代码该如何存储。这个汉字两个字节就能存储，但有些字符需要三个字节，像a这种字符，以前大家用ascii码的时候，用一个字节就能表示，在unicode里如果用两个或者更多字节表示，那么不是很浪费么，而且也与之前的ascii不兼容。

3 utf-8

utf-8解决了unicode的编码问题，它是一种变长的编码方式，ascii码表里的字符仍然用一个字节来存储，一个汉字用三个字节来存储

ascii_a = 'a'
ascii_a_utf8 = ascii_a.encode(encoding='utf-8')
print(ascii_a_utf8, len(ascii_a_utf8))

ch = '升'
ch_utf8 = ch.encode(encoding='utf-8')
print(ch_utf8, len(ch_utf8))

程序运行结果

b'a' 1
b'\xe5\x8d\x87' 3

4 python3里的unicode

在python3中，字符串是以unicode编码的，当你想把一个字符串写入到磁盘上时，就必须指定用哪种编码方式进行存储，否则，就容易出错，比如下面的这段代码

with open('city', 'w') as f:
    f.write('北京')

报的错误是

UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 0-1: ordinal not in range(128)

有了前面的内容做铺垫，你大概可以知道究竟发生了什么错误。

字符串采用的是unicode字符集，但是文件保存的时候，默认采用ascii编码，这就有问题了，ascii可以表示的范围太有限了，只有128个字符，可是汉字的unicode编码里很容就出现大于128的字节，这就是错误发生的原因，解决这个问题，可以采取下面两种方法

4.1 指定utf-8编码

with open('city', 'w', encoding='utf-8') as f:
    f.write('北京')

4.2 以二进制的形式写入文件

with open('city', 'wb') as f:
    f.write('北京'.encode('utf-8'))

这种方法虽然也行，但并不常用，因为这需要每次写入都对字符串进行utf-8编码，不如第一种方法简单高效