字符编码详解

简介

网页包含了大量的文字，浏览器必须知道这些文字的编码方法，才能把文字还原出来。

一般情况下，服务器向浏览器发送 HTML 网页文件时，会通过 HTTP 头信息，声明网页的编码方式。

Content-Type: text/html; charset=UTF-8

上面代码中，HTTP 头信息的Content-Type字段先声明，服务器发送的数据类型是text/html（即 HTML 网页），然后声明网页的文字编码是UTF-8。

网页内部也会再用标签，再次声明网页的编码。

字符的数字表示法

网页可以使用不同语言的编码方式，但是最常用的编码是 UTF-8。UTF-8 编码是 Unicode 字符集的一种表达方式。这个字符集的设计目标是包含世界上的所有字符，目前已经收入了十多万个字符。

每个字符有一个 Unicode 号码，称为码点（code point）。如果知道码点，就能查到这是什么字符。举例来说，英文字母a的码点是十进制的97（十六进制的61），汉字“中”的码点是十进制的20013（十六进制的4e2d）。

由于下面的原因，不是每一个 Unicode 字符都能直接在 HTML 语言里面显示。

（1）不是每个 Unicode 字符都可以打印出来，有些没有可打印形式，比如换行符的码点是十进制的10（十六进制的A），就没有对应的字面形式。

（2）小于号（<）和大于号（>）用来定义 HTML 标签，其他需要用到这两个符号的场合，必须防止它们被解释成标签。

（3）由于 Unicode 字符太多，无法找到一种输入法，可以直接输入所有这些字符。换言之，没有一种键盘，有办法输入所有符号。

（4）网页不允许混合使用多种编码，如果使用 UTF-8 编码的同时，又想插入其他编码的字符，就会很困难。

HTML 为了解决上面这些问题，允许使用 Unicode 码点表示字符，浏览器会自动将码点转成对应的字符。

字符的码点表示法是&#N;（十进制，N代表码点）或者&#xN;（十六进制，N代表码点），比如，字符a可以写成a（十进制）或者a（十六进制），字符中可以写成中（十进制）或者中（十六进制），浏览器会自动转换它们。

hello

hello
 //十进制

hello
//十六进制

上面代码中，字符可以直接表示，也可以使用十进制码点或十六进制码点表示。

注意，HTML 标签本身不能使用码点表示，否则浏览器会认为这是所要显示的文本内容，而不是标签。比如，

一旦写成<p>或者<p>，浏览器就不再认为这是标签了，而会当作文本内容将其显示为

。

字符的实体表示法

数字表示法的不方便之处，在于必须知道每个字符的码点，很难记忆。为了能够快速输入，HTML 为一些特殊字符，规定了容易记忆的名字，允许通过名字来表示它们，这称为实体表示法（entity）。

实体的写法是&name;，其中的name是字符的名字。下面是其中一些特殊字符，及其对应的实体。

• <：<

• >：>

• "："

• '：'

• &：&

• ©：©

• #：#

• §：§

• ¥：¥

• $：$

• £：£

• ¢：¢

• %：%

• *：$ast;

• @：@

• ^：^

• ±：±

• 空格： 

注意，上面最后一个特殊字符是空格，它也有对应的实体表示法。

字符的数字表示法和实体表示法，都可以表示正常情况无法输入的字符，逃脱了浏览器的限制，所以英语里面称为“escape”，中文翻译为“字符的转义”。

常见的编码形式：

一、ASCII 码

我们知道，计算机内部，所有信息最终都是一个二进制值。每一个二进制位（bit）有0和1两种状态，因此八个二进制位就可以组合出256种状态，这被称为一个字节（byte）。也就是说，一个字节一共可以用来表示256种不同的状态，每一个状态对应一个符号，就是256个符号，从00000000到11111111。

上个世纪60年代，美国制定了一套字符编码，对英语字符与二进制位之间的关系，做了统一规定。这被称为 ASCII 码，一直沿用至今。

ASCII 码一共规定了128个字符的编码，比如空格SPACE是32（二进制00100000），大写的字母A是65（二进制01000001）。这128个符号（包括32个不能打印出来的控制符号），只占用了一个字节的后面7位，最前面的一位统一规定为0。

二、非 ASCII 编码

英语用128个符号编码就够了，但是用来表示其他语言，128个符号是不够的。比如，在法语中，字母上方有注音符号，它就无法用 ASCII 码表示。于是，一些欧洲国家就决定，利用字节中闲置的最高位编入新的符号。比如，法语中的é的编码为130（二进制10000010）。这样一来，这些欧洲国家使用的编码体系，可以表示最多256个符号。

但是，这里又出现了新的问题。不同的国家有不同的字母，因此，哪怕它们都使用256个符号的编码方式，代表的字母却不一样。比如，130在法语编码中代表了é，在希伯来语编码中却代表了字母Gimel (ג)，在俄语编码中又会代表另一个符号。但是不管怎样，所有这些编码方式中，0--127表示的符号是一样的，不一样的只是128--255的这一段。

至于亚洲国家的文字，使用的符号就更多了，汉字就多达10万左右。一个字节只能表示256种符号，肯定是不够的，就必须使用多个字节表达一个符号。比如，简体中文常见的编码方式是 GB2312，使用两个字节表示一个汉字，所以理论上最多可以表示 256 x 256 = 65536 个符号。

三、Unicode

正如上一节所说，世界上存在着多种编码方式，同一个二进制数字可以被解释成不同的符号。因此，要想打开一个文本文件，就必须知道它的编码方式，否则用错误的编码方式解读，就会出现乱码。为什么电子邮件常常出现乱码？就是因为发信人和收信人使用的编码方式不一样。

可以想象，如果有一种编码，将世界上所有的符号都纳入其中。每一个符号都给予一个独一无二的编码，那么乱码问题就会消失。这就是 Unicode，就像它的名字都表示的，这是一种所有符号的编码。

Unicode 当然是一个很大的集合，现在的规模可以容纳100多万个符号。每个符号的编码都不一样，比如，U+0639表示阿拉伯字母Ain，U+0041表示英语的大写字母A，U+4E25表示汉字严。具体的符号对应表，可以查询unicode.org，或者专门的汉字对应表。

四、Unicode 的问题

需要注意的是，Unicode 只是一个符号集，它只规定了符号的二进制代码，却没有规定这个二进制代码应该如何存储。

比如，汉字严的 Unicode 是十六进制数4E25，转换成二进制数足足有15位（100111000100101），也就是说，这个符号的表示至少需要2个字节。表示其他更大的符号，可能需要3个字节或者4个字节，甚至更多。

这里就有两个严重的问题，第一个问题是，如何才能区别 Unicode 和 ASCII ？计算机怎么知道三个字节表示一个符号，而不是分别表示三个符号呢？第二个问题是，我们已经知道，英文字母只用一个字节表示就够了，如果 Unicode 统一规定，每个符号用三个或四个字节表示，那么每个英文字母前都必然有二到三个字节是0，这对于存储来说是极大的浪费，文本文件的大小会因此大出二三倍，这是无法接受的。

它们造成的结果是：

1）出现了 Unicode 的多种存储方式，也就是说有许多种不同的二进制格式，可以用来表示 Unicode。

2）Unicode 在很长一段时间内无法推广，直到互联网的出现。

五、UTF-8

互联网的普及，强烈要求出现一种统一的编码方式。UTF-8 就是在互联网上使用最广的一种 Unicode 的实现方式。其他实现方式还包括 UTF-16（字符用两个字节或四个字节表示）和 UTF-32（字符用四个字节表示），不过在互联网上基本不用。重复一遍，这里的关系是，UTF-8 是 Unicode 的实现方式之一。

UTF-8 最大的一个特点，就是它是一种变长的编码方式。它可以使用1~4个字节表示一个符号，根据不同的符号而变化字节长度。

UTF-8 的编码规则很简单，只有二条：

1）对于单字节的符号，字节的第一位设为0，后面7位为这个符号的 Unicode 码。因此对于英语字母，UTF-8 编码和 ASCII 码是相同的。

2）对于n字节的符号（n > 1），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。

下表总结了编码规则，字母x表示可用编码的位。

Unicode符号范围     |        UTF-8编码方式
(十六进制)        |              （二进制）
----------------------+---------------------------------------------
0000 0000-0000 007F | 0xxxxxxx
0-127
0000 0080-0000 07FF | 110xxxxx 10xxxxxx
128-2047
0000 0800-0000 FFFF | 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
2048-65535（代表的就是中文）
0001 0000-0010 FFFF | 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
65536-...（代表的就是emo表情）

跟据上表，解读 UTF-8 编码非常简单。如果一个字节的第一位是0，则这个字节单独就是一个字符；如果第一位是1，则连续有多少个1，就表示当前字符占用多少个字节。

下面，还是以汉字严为例，演示如何实现 UTF-8 编码。

严的 Unicode 是4E25（100111000100101），根据上表，可以发现4E25处在第三行的范围内（0000 0800 - 0000 FFFF），因此严的 UTF-8 编码需要三个字节，即格式是1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。然后，从严的最后一个二进制位开始，依次从后向前填入格式中的x，多出的位补0。这样就得到了，严的 UTF-8 编码是11100100 10111000 10100101，转换成十六进制就是E4B8A5。

实例：

打开"记事本"程序notepad.exe，新建一个文本文件，内容就是一个帅字，依次采用

ANSI，Unicode，Unicode big endian和UTF-8编码方式保存。

然后，打开观察该文件的内部编码方式。

可以看到ANSI编码下的“帅“，就和其他几种不同！

然后我们也可以看一下“帅”字，在各种编码下的形式：

• Unicode编码（十六进制）：U+5E05
• ASCII编码（十六进制）：0x5E05
• UTF-8编码（十六进制）：0xE5 B8 85
• UTF-16编码（十六进制）：0x5E05
• GB2312编码（十六进制）：0xC9 BD