字符编码知识：Unicode、UTF-8、ASCII、GB2312等编码之间是如何转换的？

字符编码是计算机技术的基石，想要熟练使用计算机，就必须懂得字符编码的知识。不注意的人可能对这个不在意，但这些名词有时候实在让人迷惑，对想学习计算机知识的人来说，搞懂它也十分重要，我也是在学习中慢慢了解了一些这方面的知识。



1. ASCII码

在计算机内部，所有的信息最终都表示为一个二进制的字符串。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0000000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（十进制的32，用二进制表示就是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1位统一规定为0。下面是截图：具体的可以到这个网页上去查下：http://www.nengcha.com/code/ascii/all/



2、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256x256=65536个符号。

3.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。解释：同一个文本文件，假设内容是用英语写的，在英语编码的情况下，每个字符会和一个二进制数对应（如00101000类似），然后存到计算机中，这时把这个英语文件发给一个俄语国家的用户，计算机传输的是二进制流，即0101之类的数据，到了俄语用户这方，需要有它的俄语编码方式进行解码，把每个二进制流转为字符显示，由于俄语编码表中对每串二进制流数据的解释方式不同，同一个数据如00101000在英语中可能代表A，而在俄语中则代表B，这样就会产生乱码，这是我个人的理解。

GB2312编码、日文编码等也是非unicode编码，是要通过转换表（codepage）转换成unicode编码的，要不怎么显示出来呢？

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。

4. Unicode的问题

需要注意的是，Unicode只是一个符号集，只是一种规范、标准，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在计算机上。

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。

5.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和UTF-32，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，它规定了字符如何在计算机中存储、传输等。

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
0000 0080-0000 07FF | 110xxxxx 10xxxxxx
0000 0800-0000 FFFF | 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
0001 0000-0010 FFFF | 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

下面，还是以汉字“严”为例，演示如何实现UTF-8编码。

已知“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”，这是保存在计算机中的实际数据，转换成十六进制就是E4B8A5，转成十六进制的目的为了便于阅读。

6. Unicode与UTF-8之间的转换

通过上一节的例子，可以看到“严”的Unicode码是4E25，UTF-8编码是E4B8A5，两者是不一样的。它们之间的转换可以通过程序实现。

在Windows平台下，有一个最简单的转化方法，就是使用内置的记事本小程序Notepad.exe。打开文件后，点击“文件”菜单中的“另存为”命令，会跳出一个对话框，在最底部有一个“编码”的下拉条。



里面有四个选项：ANSI，Unicode，Unicode big endian 和 UTF-8。

1）ANSI是默认的编码方式。对于英文文件是ASCII编码，对于简体中文文件是GB2312编码（只针对Windows简体中文版，如果是繁体中文版会采用Big5码）。

2）Unicode编码指的是UCS-2编码方式，即直接用两个字节存入字符的Unicode码。这个选项用的little endian格式。

3）Unicode big endian编码与上一个选项相对应。我在下一节会解释little endian和big endian的涵义。

4）UTF-8编码，也就是上一节谈到的编码方法。

选择完”编码方式“后，点击”保存“按钮，文件的编码方式就立刻转换好了。

7. Little endian和Big endian

上一节已经提到，Unicode码可以采用UCS-2格式直接存储。以汉字”严“为例，Unicode码是4E25，需要用两个字节存储，一个字节是4E，另一个字节是25。存储的时候，4E在前，25在后，就是Big endian方式；25在前，4E在后，就是Little endian方式。

那么很自然的，就会出现一个问题：计算机怎么知道某一个文件到底采用哪一种方式编码？

Unicode规范中定义，每一个文件的最前面分别加入一个表示编码顺序的字符，这个字符的名字叫做”零宽度非换行空格“（ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE），用FEFF表示。这正好是两个字节，而且FF比FE大1。

如果一个文本文件的头两个字节是FE FF，就表示该文件采用大头方式；如果头两个字节是FF FE，就表示该文件采用小头方式。

8. 实例

下面，举一个实例。

打开”记事本“程序Notepad.exe，新建一个文本文件，内容就是一个”严“字，依次采用ANSI，Unicode，Unicode big endian 和 UTF-8编码方式保存。

然后，用文本编辑软件UltraEdit中的”十六进制功能“，观察该文件的内部编码方式。

1）ANSI：文件的编码就是两个字节“D1 CF”，这正是“严”的GB2312编码，这也暗示GB2312是采用大头方式存储的。

2）Unicode：编码是四个字节“FF FE 25 4E”，其中“FF FE”表明是小头方式存储，真正的编码是4E25。

3）Unicode big endian：编码是四个字节“FE FF 4E 25”，其中“FE FF”表明是大头方式存储。

4）UTF-8：编码是六个字节“EF BB BF E4 B8 A5”，前三个字节“EF BB BF”表示这是UTF-8编码，后三个“E4B8A5”就是“严”的具体编码，它的存储顺序与编码顺序是一致的。


推荐这篇文章看一下：http://wiki.ubuntu.org.cn/index.php?title=Unicode&variant=zh-cn#.E8.B5.B7.E6.BA.90.E8.88.87.E7.99.BC.E5.B1.95

9.解决的问题：

一、如何在中文系统中运行非Unicode编码程序？
有很多意大利文版（除英文版）学习软件、百科全书等软件在中文系统上会出现乱码，解决方法：
WindowsXP内核是Unicode编码，支持多语种，对于Unicode编码的应用程序会正常显示原文（因为windows核心是用unicode代码写的，所以不存在问题），但是，很多程序不是用Unicode编码写的，这时WindowsXP系统可以指定以特定的编码运行非Unicode编码程序，中文版WindowsXP默认的是“简体中文GB2312”。你只需在控制面板--〉区域和语言选项--〉高级--〉为非Unicode程序的语言选择“意大利语”，即可正确运行意大利文版的游戏程序。分析：我理解的流程是这样：程序------>意大利语编码（转换表codepage）------>解释成unicode识别的编码（通过指定的转换表将非 Unicode 的字符编码转换为同一字符对应的系统内部使用的 Unicode 编码）------>被系统翻译成意大利文（因为每个unicode编码对应了相应的意大利文字），便可以正常显示了。

二、消除网页乱码？

网页乱码是浏览器对HTML网页解释时形成的，如果网页制作时编码为繁体big5，浏览器却以编码gb2312显示该网页，就会出现乱码，因此只要你在浏览器中也以繁体big5显示该网页，就会消除乱码。打个比方有些像字典，繁体字得用繁体字典来查看，简体字得用简体字典来查看，不然你看不懂。

　　【解决办法】：在浏览器中选择“编码”菜单，事先为浏览器安装多语言支持包（例如在安装IE时要安装多语言支持包），这样当浏览网页出现乱码时，即可手工更改查看此网页的编码方式，在浏览器中选择菜单栏下的“查看”/“编码”/“自动选择”/简体中文（GB2312），如为繁体中文则选择“查看”/“编码”/“自动选择”/繁体中文（BIG5），其他语言依此类推，便可消除网页乱码现象。 分析：因为繁体big5编码后的文件，每个文字对应一个二进制流（假设是1212对应繁这个字），当我们以编码gb2312显示该网页时，gb2312编码会到表里去找1212（二进制流不会变的）对应谁，肯定不再是繁这个字了，当然显示的就不再是那个繁字了，也就会出现乱码了。这样理解简单些，其实中间还要转换成同一字符对应的系统内部使用的 Unicode 编码，然后通过系统底层unicode编码还原成相应字符显示出来。

推荐两个编码查询网站：1.http://www.nengcha.com/code/ascii/

2.http://bm.kdd.cc/