utf8编码为什么这么普遍，优势在哪里？

墨蓝 2023-10-01 09:46 37阅读 0赞

## 为什么需要字符集 ##

计算机存储的和认识的东西就是0和1，我们存储的任何东西最后都会转为0和1的组合计算机才能处理，更贴切的说是我们看到的英文、中文等都是0和1组合的二进制经过一定规则转换为我们认识的字符，这个规则就是字符集。

## 有哪些字符集 ##

### ANSI ###

最早字符集是ANSI编码（American Standard Code for Information Interchange，美国信息互换标准代码），美国人把所有的小写字母、大写字母、空格、符号都从33开始编码，一直编到127,0-32用作特殊用途，这样一个用一个字节的低7位就可以表示这些符号，能够完美显示英文了。

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但后来发现其他国家有些文字、符号无法显示，后来又把最高位也用上了，扩展了ANSI表，加入了更多的特殊符号，从127扩展到了255

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### GB2312、GBK、GB18030 ###

歪果仁看似已经很完美了，这总够了吧！！

但到了中国，中国人一看，够个球啊，堂堂大中国有8万左右，这255个差远了。

于是中国人发明了自己的字符集GB2312，由中国国家标准总局1980年发布，1981年5月1日开始实施的一套国家标准，标准号是GB2312—1980。它是计算机可以识别的编码，适用于汉字处理、汉字通信等系统之间的信息交换。GB 2312标准共收录6763个汉字，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个；同时，GB 2312收录了包括拉丁字母、希腊字母、日文平假名及片假名字母、俄语西里尔字母在内的682个全角字符。GB 2312的出现，基本满足了汉字的计算机处理需要，它所收录的汉字已经覆盖中国大陆99.75%的使用频率。

于是国人就自主研发，把那些127号之后的奇异符号们直接取消掉。规定：一个小于127的字符的意义与原来相同，但两个大于127的字符连在一起时，就表示一个汉字，前面的一个字节（他称之为高字节）从0xA1用到 0xF7，后面一个字节（低字节）从0xA1到0xFE，这样我们就可以组合出大约7000多个简体汉字了。在这些编码里，我们还把数学符号、罗马希腊的字母、日文的假名们都编进去了，连在 ASCII 里本来就有的数字、标点、字母都统统重新编了两个字节长的编码，这就是常说的”全角”字符，而原来在127号以下的那些就叫”半角”字符了。

但是对于人名、古汉语等方面出现的罕用字，GB 2312不能处理，这导致了后来GBK及GB 18030汉字字符集的出现。

GBK即汉字内码扩展规范，K为扩展的汉语拼音中“扩”字的声母。英文全称Chinese Internal Code Specification。GBK编码标准兼容GB2312，共收录汉字21003个、符号883个，并提供1894个造字码位，简、繁体字融于一库。

GBK不再要求低字节一定是127号之后的码，只要第一个字节是大于127就固定表示这是一个汉字的开始，不管后面跟的是不是 扩展字符集里的内容。

国家标准GB18030-2000《信息交换用汉字编码 基本集的补充》是我国继GB2312-1980和GB13000-1993之后最重要的汉字编码标准，是我国[计算机系统][Link 1] 和[国家质量技术监督局][Link 2] 中文编码[字符][Link 3] 、傣、彝、[朝鲜][Link 4] 等）的超大型中文编码[字符][Link 3] ，其中收入汉字70000余个。

以上编码都**兼容现有ANSI码（不包括扩展码）**，不然中国人用GBK，美国人用ANSI，中国人看美国人的东西还必须得转回ANSI编码，全乱套了！

### UNICODE ###

因为当时各个国家都像中国这样搞出一套自己的编码标准，结果互相之间谁也不懂谁的编码，谁也不支持别人的编码。当时的中国人想让电脑显示汉字，就必须装上一个”汉字系统”，专门用来处理汉字的显示、输入的问题，装错了字符系统，显示就会乱了套。这怎么办？就在这时，一个叫 **ISO** （国际标谁化组织）的国际组织决定着手解决这个问题。他们采用的方法很简单：废了所有的地区性编码方案，重新搞一个包括了地球上所有文化、所有字母和符号的编码！他们打算叫它”Universal Multiple-Octet Coded Character Set”，简称 UCS, 俗称 “**UNICODE**”。

UNICODE 开始制订时，计算机的存储器容量极大地发展了，空间再也不成为问题了。于是 ISO 就直接规定必须用两个字节，也就是16位来统一表示所有的字符，对于 ascii 里的那些”半角”字符，UNICODE 包持其原编码不变，只是将其长度由原来的8位扩展为16位，而其他文化和语言的字符则全部重新统一编码。由于”半角”英文符号只需要用到低8位，所以其高 8位永远是0，因此这种大气的方案在保存英文文本时会多浪费一倍的空间。

但是，UNICODE 在制订时没有考虑与任何一种现有的编码方案保持兼容，他总共可以组合出65535不同的字符，这大概已经可以覆盖世界上所有文化的符号。

注意这里的unicode其实只是定义了所有字符的1-65536的表示，还没有考虑具体计算机怎么存储怎么解析的问题。

### UTF-8、UTF-16 ###

于是面向传输的众多 UTF（UCS Transfer Format）标准出现了，顾名思义，**UTF8** 就是每次8个位传输数据，而 **UTF16** 就是每次16个位，只不过为了传输时的可靠性，从UNICODE到 UTF时并不是直接的对应，而是要过一些算法和规则来转换。

用UTF-16表示"汉"

假如用UTF-16表示的话就是01101100 01001001(共16 bit,两个字节).程序解析的时候知道是UTF-16就把两个字节当成一个单元来解析.这个很简单.

用UTF-8表示"汉"

用UTF-8就有复杂点.因为此时程序是把一个字节一个字节的来读取,然后再根据字节中开头的bit标志来识别是该把1个还是两个或三个字节做为一个单元来处理

.0xxxxxxx,如果是这样的01串,也就是以0开头后面是啥就不用管了XX代表任意bit.就表示把一个字节做为一个单元.就跟ASCII完全一样.

110xxxxx 10xxxxxx.如果是这样的格式,则把两个字节当一个单元

1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 如果是这种格式则是三个字节当一个单元.

这是约定的规则.你用UTF-8来表示时必须遵守这样的规则.我们知道UTF-16不需要用啥字符来做标志,所以两字节也就是2的16次能表示65536个字符.而UTF-8由于里面有额外的标志信息,所有一个字节只能表示2的7次方128个字符,两个字节只能表示2的11次方2048个字符.而三个字节能表示2的16次方,65536个字符.由于"汉"的编码27721大于2048了所有两个字节还不够,只能用三个字节来表示.所有要用1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx这种格式.把27721对应的二进制从左到右填充XXX符号(实际上不一定从左到右,也可以从右到左)。

根据填充方式不一样又分为了Big-Endian和Little-Endian，Big-Endian就是从左到右,Little-Endian是从右到左.由上面我们可以看出UTF-8需要判断每个字节中的开头标志信息,所以如果一当某个字节在传送过程中出错了,就会导致后面的字节也会解析出错.而UTF-16不会判断开头标志,即使错也只会错一个字符,所以容错能力强.

### UTF-32 ###

前面说的都是unicode的第一个版本.但65536显然不算太多的数字,用它来表示常用的字符是没一点问题.足够了,但如果加上很多特殊的就也不够了.于是从1996年开始又来了第二个版本.用四个字节表示所有字符.这样就出现了UTF-8,UTF16,UTF-32.原理和之前肯定是完全一样的,UTF-32就是把所有的字符都用32bit也就是4个字节来表示.然后UTF-8,UTF-16就视情况而定了.UTF-8可以选择1至8个字节中的任一个来表示.而UTF-16只能是选两字节或四字节…由于unicode版本2的原理完全是一样的,就不多说了.

## 为什么普遍采用UTF-8，优势在哪里？ ##

首先UTF-8是unicode的实现，适应全球所有字符。

其次UTF-8是变长的，可以根据字符不同用1-3个字节，unicode2是1-8个字节来存储相对utf-16、utf-32节省存储空间

##  ##

## **关于记事本无法单独保存“联通”的问题([转载][Link 5])** ##

当你新建一个 文本文档 之后，在里面输入 “联通” 两个字，然后保存。当你再次打开的时候，原来输入的 “联通” 会变成两个乱码。

这个问题就是因为 GB2312 编码与 UTF8 编码产生了编码冲撞造成的。从网上引来一段从UNICODE到UTF8的转换规则：

> UTF-8
> 
> 0000 – 007F
> 
> 0xxxxxxx
> 
> 0080 – 07FF
> 
> 110xxxxx 10xxxxxx
> 
> 0800 – FFFF
> 
> 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

例如”汉”字的Unicode编码是6C49。6C49在0800-FFFF之间，所以要用3字节模板：1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。将6C49写成二进制是：0110 1100 0100 1001，将这个比特流按三字节模板的分段方法分为0110 110001 001001，依次代替模板中的x，得到：1110-0110 10-110001 10-001001，即E6 B1 89，这就是其UTF8的编码。

而当你新建一个文本文件时，记事本的编码默认是ANSI, 如果你在ANSI的编码输入汉字，那么他实际就是GB系列的编码方式，在这种编码下，”联通”的内码是：

c1 1100 0001

aa 1010 1010

cd 1100 1101

a8 1010 1000

注意到了吗？第一二个字节、第三四个字节的起始部分的都是”110″和”10″，正好与UTF8规则里的两字节模板是一致的，于是再次打开记事本 时，记事本就误认为这是一个UTF8编码的文件，让我们把第一个字节的110和第二个字节的10去掉，我们就得到了”00001 101010″，再把各位对齐，补上前导的0，就得到了”0000 0000 0110 1010″，不好意思，这是UNICODE的006A，也就是小写的字母”j”，而之后的两字节用UTF8解码之后是0368，这个字符什么也不是。这就 是只有”联通”两个字的文件没有办法在记事本里正常显示的原因。

由这个问题，可以发散出很多问题。比较常见的一个问题就是：我已经把文件保存成了 XX 编码，为什么每次打开，还是原来的 YY 编码？！原因就在于此，你虽然保存成了 XX 编码，但是系统识别的时候，却误识别为了 YY 编码，所以还是显示为 YY 编码。为了避免这个问题，微软公司弄出了一个叫 **BOM** 头的东西。

## **关于文件 BOM 头的问题** ##

当使用类似 WINDOWS 自带的记事本等软件，在保存一个以UTF-8编码的文件时，会在文件开始的地方插入三个不可见的字符（0xEF 0xBB 0xBF，即BOM）。它是一串隐藏的字符，用于让记事本等编辑器识别这个文件是否以UTF-8编码。这样就可以避免这个问题了。对于一般的文件，这样并不会产生什么麻烦。

## 判断文本采用的哪种UTF ##

知道具体是哪种编码方式,可以看文本开头（BOM),下面是所有编码对应的开头标志

EF BB BF　　　 UTF-8  
FE FF　　　　　UTF-16/UCS-2, little endian  
FF FE　　　　　UTF-16/UCS-2, big endian  
FF FE 00 00　　UTF-32/UCS-4, little endian.  
00 00 FE FF　　UTF-32/UCS-4, big-endian.

其中的UCS就是前面说的ISO制定的标准,和Unicode是完全一样的,只不过名字不一样.ucs-2对应utf-16,ucs-4对应UTF-32.UTF-8是没有对应的UCS

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