字符编码那些事（C语言版）

前言

你是否遇到过这种情况：

#include 
#include 

int main(void)
{
   
    printf("Hello, world!\n");   //鎴戠殑绗竴涓▼搴
    printf("鎴戞槸灏忔槑\n");
    system("pause");
    return 0;
}

或这种：

Hello, world!
浣犲ソ锛屼笘鐣岋紒

还有这种：

abcdef烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫烫

以及这种：

123456屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯屯

其实，造成以上几种情况的罪魁祸首都是 —— 字符编码。

机器处理的数据由 0 和 1 组成

相信大家对计算机世界中的 0 和 1 已经非常熟悉了。没错，计算机的世界其实就是 0 和 1 的世界。

作为程序员，尽管我们可以用各种各样的高级语言来编写我们的程序，但殊途同归的是，我们的程序在被计算机执行前，都会被转换成机器指令码，存放到二进制文件中。

机器指令码：
也叫机器语言，是计算机能够理解并执行的指令。机器指令码用二进制编码表示。

二进制编码：
0 和 1 的序列

机器语言：
计算机唯一能识别并执行的编程语言

二进制文件：
用于存储机器指令码的文件

当我们编写一个程序来解决一类问题时，从计算机的角度来看，程序的执行经历了3个过程：

1. 输入数据
2. 处理数据
3. 输出数据

由于计算机唯一能识别并执行的编程语言是机器语言，这3个过程可以看作：

1. 输入二进制编码
2. 处理二进制编码
3. 输出二进制编码

这就是今天的主角 —— 字符编码产生的背景。

由文字到二进制编码

既然机器处理的数据都是由 0 和 1 组成的，那么……

老师：
问题来了，如果计算机只认识 0 和 1，想要让计算机帮忙处理文字怎么办？

甲同学：
重新买一台认识文字的计算机

乙同学：
那还不简单？把文字转换成 0 和 1 不就行了吗？

丙同学：
可以用二进制数表示文字，一个二进制数对应一个字，比如：
       ‘我’ 对应 0，
       ‘你’ 对应 1，
       ‘他’ 对应 10，
       ‘他们’ 对应11
以此类推

老师：…

丙同学提出的办法看起来十分不错：

0 → 我

1 → 你

10 → 他

11 → 他们

…

让我们试着完善一下丙同学的方案：

<1> 假设计算机需要处理的文字仅包括：

• 26个小写英文字母
• 26个大写英文字母
• 英文逗号,
• 英文句点.
• 英文感叹号!
  
  

<2> 我们把由计算机需要处理的文字组成的集合称为字符集，暂且把这 55 个文字组成的字符集取名为 Mini 字符集

<3> 确定了字符集，我们现在唯一要做的就是确定一种方案，把字符集中的文字与二进制数一一对应起来。这种把字符集中的字符映射为二进制编码的方案称为字符编码方案，映射得到的二进制编码称为字符编码

<4> 我们采取最简单而直观的一种方案 —— 从 0 开始按照一定的顺序给字符集中的文字编号，然后把编号的二进制形式作为字符编码

1. 首先，把 Mini 字符集中的文字按照  的顺序排好序
2. 把字母 a 的编号设为 0，从 a 到 ! 编号递增，感叹号 ! 的编号是 54
3. 如此，字母 a 的字符编码是 0，感叹号 ! 的字符编码是 110110

<5> 我们把这种字符编码方案命名为 Mini-Simple 编码方案

到现在为止，我们确定了 Mini 字符集，还确定基于 Mini 字符集的一种字符编码方案 —— Mini-Simple 编码方案

按照 Mini-Simple 字符编码方案，如果想让计算机逆序输出 Hello,world!这句话，那么程序输入输出的二进制数据应该是：

输入（文字）：Hello,world!

输入（编号）：33 4 11 11 14 52 22 14 17 11 3 54

输入（字符编码）：100001 100 1011 1011 1110 110100 10110 1110 10001 1011 11 110110

输出（字符编码）：110110 11 1011 10001 1110 10110 110100 1110 1011 1011 100 100001

输出（编号）：54 3 11 17 14 22 52 14 11 11 4 33

输出（文字）：!dlrow,olleH

小结

综合上述，我们可以整理出以下概念：

字符集：
需要编码成二进制的字符组成的集合

字符编码方案：
把特定字符集中的字符编码成二进制的方案

字符编码：
字符编码有两个含义：

• 指按照特定字符编码方案把字符编码成二进制的过程
• 指按照特定字符编码方案把字符编码成二进制所得到二进制编码，也叫字集码
  
  

字符解码：
按照特定字符编码方案把二进制编码解码成字符的过程

以上概念有几点需要注意：

1. 字符编码方案基于字符集
2. 当提到字符编码时，一般只会提字符编码方案，因为字符集和字符编码方案是一对多的关系，通过唯一的字符编码方案能够确定唯一的字符集，但通过唯一的字符集不能确定唯一的字符编码方案
3. 一种字符编码方案应该保证：字符集中不同的字符按照此方案编码后得到的二进制编码不相同

常见的字符集与字符编码方案

下面介绍几种常见的字符编码方案。

标准ASCII

ASCII（(American Standard Code for Information Interchange): 美国信息交换标准代码）是基于拉丁字母的一种字符编码方案，主要用于编码英语和西欧语言。

标准 ASCII 是最通用的字符编码方案，等同于国际标准 ISO/IEC 646。

标准 ASCII 基于由128个字符构成的字符集，字符集中的字符由 ASCII 标准规定，包括：

• 控制字符
• 通信专用字符
• 空格
• 阿拉伯数字
• 大小写英文字母
• 标点符号
• 运算符号

标准 ASCII 的编码方式类似于 Mini-Simple 字符编码方案，采取 字符——编号——编码的方式。

ASCII 标准中规定，用标准 ASCII 编码的字符的字符编码用 7 位二进制数的组合表示。在使用标准 ASCII 时，会在字符编码的最高位补0使之成为一个字节（一个字节通常是 8 位二进制）。

以下是标准 ASCII 码表：

Bin(二进制)	Oct(八进制)	Dec(十进制)	Hex(十六进制)	缩写/字符	解释
0000 0000	00	0	0x00	NUL(null)	空字符
0000 0001	01	1	0x01	SOH(start of headline)	标题开始
0000 0010	02	2	0x02	STX (start of text)	正文开始
0000 0011	03	3	0x03	ETX (end of text)	正文结束
0000 0100	04	4	0x04	EOT (end of transmission)	传输结束
0000 0101	05	5	0x05	ENQ (enquiry)	请求
0000 0110	06	6	0x06	ACK (acknowledge)	收到通知
0000 0111	07	7	0x07	BEL (bell)	响铃
0000 1000	010	8	0x08	BS (backspace)	退格
0000 1001	011	9	0x09	HT (horizontal tab)	水平制表符
0000 1010	012	10	0x0A	LF (NL line feed, new line)	换行键
0000 1011	013	11	0x0B	VT (vertical tab)	垂直制表符
0000 1100	014	12	0x0C	FF (NP form feed, new page)	换页键
0000 1101	015	13	0x0D	CR (carriage return)	回车键
0000 1110	016	14	0x0E	SO (shift out)	不用切换
0000 1111	017	15	0x0F	SI (shift in)	启用切换
0001 0000	020	16	0x10	DLE (data link escape)	数据链路转义
0001 0001	021	17	0x11	DC1 (device control 1)	设备控制1
0001 0010	022	18	0x12	DC2 (device control 2)	设备控制2
0001 0011	023	19	0x13	DC3 (device control 3)	设备控制3
0001 0100	024	20	0x14	DC4 (device control 4)	设备控制4
0001 0101	025	21	0x15	NAK (negative acknowledge)	拒绝接收
0001 0110	026	22	0x16	SYN (synchronous idle)	同步空闲
0001 0111	027	23	0x17	ETB (end of trans. block)	结束传输块
0001 1000	030	24	0x18	CAN (cancel)	取消
0001 1001	031	25	0x19	EM (end of medium)	媒介结束
0001 1010	032	26	0x1A	SUB (substitute)	代替
0001 1011	033	27	0x1B	ESC (escape)	换码(溢出)
0001 1100	034	28	0x1C	FS (file separator)	文件分隔符
0001 1101	035	29	0x1D	GS (group separator)	分组符
0001 1110	036	30	0x1E	RS (record separator)	记录分隔符
0001 1111	037	31	0x1F	US (unit separator)	单元分隔符
0010 0000	040	32	0x20	(space)	空格
0010 0001	041	33	0x21	!	叹号
0010 0010	042	34	0x22	"	双引号
0010 0011	043	35	0x23	#	井号
0010 0100	044	36	0x24	$	美元符
0010 0101	045	37	0x25	%	百分号
0010 0110	046	38	0x26	&	和号
0010 0111	047	39	0x27	’	闭单引号
0010 1000	050	40	0x28	(	开括号
0010 1001	051	41	0x29	)	闭括号
0010 1010	052	42	0x2A	*	星号
0010 1011	053	43	0x2B	+	加号
0010 1100	054	44	0x2C	,	逗号
0010 1101	055	45	0x2D	-	减号/破折号
0010 1110	056	46	0x2E	.	句号
0010 1111	057	47	0x2F	/	斜杠
0011 0000	060	48	0x30	0	字符0
0011 0001	061	49	0x31	1	字符1
0011 0010	062	50	0x32	2	字符2
0011 0011	063	51	0x33	3	字符3
0011 0100	064	52	0x34	4	字符4
0011 0101	065	53	0x35	5	字符5
0011