Java中的ASCII、Unicode和UTF-8字符編碼集

原文:@http://kxjhlele.iteye.com/blog/333211

首先講一下幾種字符的編碼方式:

1. ASCII碼

我們知道,在計算機內部,所有的信息最終都表示爲一個二進制的字符串。每一個二進制位(bit)有0和1兩種狀態,因此八個二進制位就可以組合出256種狀態,這被稱爲一個字節(byte)。也就是說,一個字節一共可以用來表示256種不同的狀態,每一個狀態對應一個符號,就是256個符號,從0000000到11111111。

上個世紀60年代,美國製定了一套字符編碼,對英語字符與二進制位之間的關係,做了統一規定。這被稱爲ASCII碼,一直沿用至今。

ASCII碼一共規定了128個字符的編碼,比如空格“SPACE”是32(二進制00100000),大寫的字母A是65(二進制01000001)。這128個符號(包括32個不能打印出來的控制符號),只佔用了一個字節的後面7位,最前面的1位統一規定爲0。

2、非ASCII編碼

英語用128個符號編碼就夠了,但是用來表示其他語言,128個符號是不夠的。比如,在法語中,字母上方有注音符號,它就無法用ASCII碼錶示。於是,一些歐洲國家就決定,利用字節中閒置的最高位編入新的符號。比如,法語中的é的編碼爲130(二進制10000010)。這樣一來,這些歐洲國家使用的編碼體系,可以表示最多256個符號。

但是,這裏又出現了新的問題。不同的國家有不同的字母,因此,哪怕它們都使用256個符號的編碼方式,代表的字母卻不一樣。比如,130在法語編碼中代表了é,在希伯來語編碼中卻代表了字母Gimel (ג),在俄語編碼中又會代表另一個符號。但是不管怎樣,所有這些編碼方式中,0—127表示的符號是一樣的,不一樣的只是128—255的這一段。

至於亞洲國家的文字,使用的符號就更多了,漢字就多達10萬左右。一個字節只能表示256種符號,肯定是不夠的,就必須使用多個字節表達一個符號。比如,簡體中文常見的編碼方式是GB2312,使用兩個字節表示一個漢字,所以理論上最多可以表示256x256=65536個符號。

中文編碼的問題需要專文討論,這篇筆記不涉及。這裏只指出,雖然都是用多個字節表示一個符號,但是GB類的漢字編碼與後文的Unicode和UTF-8是毫無關係的。

3.Unicode

正如上一節所說,世界上存在着多種編碼方式,同一個二進制數字可以被解釋成不同的符號。因此,要想打開一個文本文件,就必須知道它的編碼方式,否則用錯誤的編碼方式解讀,就會出現亂碼。爲什麼電子郵件常常出現亂碼?就是因爲發信人和收信人使用的編碼方式不一樣。

可以想象,如果有一種編碼,將世界上所有的符號都納入其中。每一個符號都給予一個獨一無二的編碼,那麼亂碼問題就會消失。這就是Unicode,就像它的名字都表示的,這是一種所有符號的編碼。

Unicode當然是一個很大的集合,現在的規模可以容納100多萬個符號。每個符號的編碼都不一樣,比如,U+0639表示阿拉伯字母Ain,U+0041表示英語的大寫字母A,U+4E25表示漢字“嚴”。具體的符號對應表,可以查詢unicode.org,或者專門的漢字對應表

4. Unicode的問題

需要注意的是,Unicode只是一個符號集,它只規定了符號的二進制代碼,卻沒有規定這個二進制代碼應該如何存儲。

比如,漢字“嚴”的unicode是十六進制數4E25,轉換成二進制數足足有15位(100111000100101),也就是說這個符號的表示至少需要2個字節。表示其他更大的符號,可能需要3個字節或者4個字節,甚至更多。

這裏就有兩個嚴重的問題,第一個問題是,如何才能區別unicode和ascii?計算機怎麼知道三個字節表示一個符號,而不是分別表示三個符號呢?第二個問題是,我們已經知道,英文字母只用一個字節表示就夠了,如果unicode統一規定,每個符號用三個或四個字節表示,那麼每個英文字母前都必然有二到三個字節是0,這對於存儲來說是極大的浪費,文本文件的大小會因此大出二三倍,這是無法接受的。

它們造成的結果是:1)出現了unicode的多種存儲方式,也就是說有許多種不同的二進制格式,可以用來表示unicode。2)unicode在很長一段時間內無法推廣,直到互聯網的出現。

5.UTF-8

互聯網的普及,強烈要求出現一種統一的編碼方式。UTF-8就是在互聯網上使用最廣的一種unicode的實現方式。其他實現方式還包括UTF-16和UTF-32,不過在互聯網上基本不用。重複一遍,這裏的關係是,UTF-8是Unicode的實現方式之一。

UTF-8最大的一個特點,就是它是一種變長的編碼方式。它可以使用1~4個字節表示一個符號,根據不同的符號而變化字節長度。

UTF-8的編碼規則很簡單,只有二條:

1)對於單字節的符號,字節的第一位設爲0,後面7位爲這個符號的unicode碼。因此對於英語字母,UTF-8編碼和ASCII碼是相同的。

2)對於n字節的符號(n>1),第一個字節的前n位都設爲1,第n+1位設爲0,後面字節的前兩位一律設爲10。剩下的沒有提及的二進制位,全部爲這個符號的unicode碼。

下表總結了編碼規則,字母x表示可用編碼的位。

Unicode符號範圍 | UTF-8編碼方式
UTF字節數                  (十六進制) | (二進制)
--------------------+---------------------------------------------

一個字節 0000 0000-0000 007F | 0xxxxxxx
兩個字節 0000 0080-0000 07FF | 110xxxxx 10xxxxxx
三個字節 0000 0800-0000 FFFF | 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
四個字節 0001 0000-0010 FFFF | 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

下面, 還是以漢字“嚴”爲例,演示如何實現UTF-8編碼。

已知“嚴”的unicode是4E25(100111000100101),根據上表,可以發現4E25處在第三行的範圍內(0000 0800-0000 FFFF),因此“嚴”的UTF-8編碼需要三個字節,即格式是“1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx”。然後,從“嚴”的最後一個二進制位開始,依次從後向前填入格式中的x,多出的位補0。這樣就得到了,“嚴”的UTF-8編碼是“11100100 10111000 10100101”,轉換成十六進制就是E4B8A5。

6. Unicode與UTF-8之間的轉換

通過上一節的例子,可以看到“嚴”的Unicode碼是4E25,UTF-8編碼是E4B8A5,兩者是不一樣的。它們之間的轉換可以通過程序實現。

在Windows平臺下,有一個最簡單的轉化方法,就是使用內置的記事本小程序Notepad.exe。打開文件後,點擊“文件”菜單中的“另存爲”命令,會跳出一個對話框,在最底部有一個“編碼”的下拉條。

 

7. iso8859-1編碼

    屬於單字節編碼,最多能表示的字符範圍是0-255,應用於英文系列。比如,字母a的編碼爲0×61=97.很明顯,iso8859-1編碼表示的字符範圍很窄,無法表示中文字符。但是,由於是單字節編碼,和計算機最基礎的表示單位一致,所以很多時候,仍舊使用iso8859-1編碼來表示。而且在很多協議上,默認使用該編碼。比如,雖然"中文"兩個字不存在iso8859-1編碼,以gb2312編碼爲例,應該是"d6d0 cec4"兩個字符,使用iso8859-1編碼的時候則將它拆開爲4個字節來表示:"d6 d0 ce c4"(事實上,在進行存儲的時候,也是以字節爲單位處理的)。而如果是UTF編碼,則是6個字節"e4 b8 ad e6 96 87".很明顯,這種表示方法還需要以另一種編碼爲基礎。

java對字符的處理

    在java應用軟件中,會有多處涉及到字符集編碼,有些地方需要進行正確的設置,有些地方需要進行一定程度的處理。

1. getBytes(charset)

    這是java字符串處理的一個標準函數,其作用是將字符串所表示的字符按照charset編碼,並以字節方式表示。注意字符串在java內存中總是按unicode編碼存儲的。比如"中文",正常情況下(即沒有錯誤的時候)存儲爲"4e2d 6587",如果charset爲"gbk",則被編碼爲"d6d0 cec4",然後返回字節"d6 d0 ce c4".如果charset爲"utf8"則最後是"e4 b8 ad e6 96 87".如果是"iso8859-1",則由於無法編碼,最後返回 "3f 3f"(兩個問號)。

java   .class類的編碼爲:unicode;

windows 默認的編碼爲:中文:gb2312; 英文:iso8859;

String str = "張三" ;

byte[] jiema= str.getBytes("gb2312") ; //解碼

String   bianma = new String(jiema,"UTF-8");//編碼 如果上面的解碼不對 可能出現問題

2. new String(charset)

    這是java字符串處理的另一個標準函數,和上一個函數的作用相反,將字節數組按照charset編碼進行組合識別,最後轉換爲unicode存儲。參考上述getBytes的例子,"gbk" 和"utf8"都可以得出正確的結果"4e2d 6587",但iso8859-1最後變成了"003f 003f"(兩個問號)。

    因爲utf8可以用來表示/編碼所有字符,所以new String( str.getBytes( "utf8" ), "utf8" ) === str,即完全可逆。

3. setCharacterEncoding()

    該函數用來設置http請求或者相應的編碼。

    對於request,是指提交內容的編碼,指定後可以通過getParameter()則直接獲得正確的字符串,如果不指定,則默認使用iso8859-1編碼,需要進一步處理。參見下述"表單輸入".值得注意的是在執行setCharacterEncoding()之前,不能執行任何getParameter()。java doc上說明:This method must be called prior to reading request parameters or reading input using getReader()。而且,該指定只對POST方法有效,對GET方法無效。分析原因,應該是在執行第一個getParameter()的時候,java將會按照編碼分析所有的提交內容,而後續的getParameter()不再進行分析,所以setCharacterEncoding()無效。而對於GET方法提交表單是,提交的內容在URL中,一開始就已經按照編碼分析所有的提交內容,setCharacterEncoding()自然就無效。

    對於response,則是指定輸出內容的編碼,同時,該設置會傳遞給瀏覽器,告訴瀏覽器輸出內容所採用的編碼。

4. 處理過程

    下面分析兩個有代表性的例子,說明java對編碼有關問題的處理方法。

   4.1. 表單輸入

    User input *(gbk:d6d0 cec4) browser *(gbk:d6d0 cec4) web server iso8859-1(00d6 00d 000ce 00c4) class,需要在class中進行處理:getbytes("iso8859-1")爲d6 d0 ce c4,new String("gbk")爲d6d0 cec4,內存中以unicode編碼則爲4e2d 6587.

    l 用戶輸入的編碼方式和頁面指定的編碼有關,也和用戶的操作系統有關,所以是不確定的,上例以gbk爲例。

    l 從browser到web server,可以在表單中指定提交內容時使用的字符集,否則會使用頁面指定的編碼。而如果在url中直接用?的方式輸入參數,則其編碼往往是操作系統本身的編碼,因爲這時和頁面無關。上述仍舊以gbk編碼爲例。

    l Web server接收到的是字節流,默認時(getParameter)會以iso8859-1編碼處理之,結果是不正確的,所以需要進行處理。但如果預先設置了編碼(通過request. setCharacterEncoding ()),則能夠直接獲取到正確的結果。

    l 在頁面中指定編碼是個好習慣,否則可能失去控制,無法指定正確的編碼。

    4.2. 文件編譯

    假設文件是gbk編碼保存的,而編譯有兩種編碼選擇:gbk或者iso8859-1,前者是中文windows的默認編碼,後者是linux的默認編碼,當然也可以在編譯時指定編碼。

    Jsp *(gbk:d6d0 cec4) java file *(gbk:d6d0 cec4) compiler read uincode(gbk: 4e2d 6587; iso8859-1: 00d6 00d 000ce 00c4) compiler write utf(gbk: e4b8ad e69687; iso8859-1: *) compiled file unicode(gbk: 4e2d 6587; iso8859-1: 00d6 00d 000ce 00c4) class.所以用gbk編碼保存,而用iso8859-1編譯的結果是不正確的。

    class unicode(4e2d 6587) system.out / jsp.out gbk(d6d0 cec4) os console / browser.

    l 文件可以以多種編碼方式保存,中文windows下,默認爲ansi/gbk.

    l 編譯器讀取文件時,需要得到文件的編碼,如果未指定,則使用系統默認編碼。一般class文件,是以系統默認編碼保存的,所以編譯不會出問題,但對於jsp文件,如果在中文windows下編輯保存,而部署在英文linux下運行/編譯,則會出現問題。所以需要在jsp文件中用pageEncoding指定編碼。

    l Java編譯的時候會轉換成統一的unicode編碼處理,最後保存的時候再轉換爲utf編碼。

    l 當系統輸出字符的時候,會按指定編碼輸出,對於中文windows下,System.out將使用gbk編碼,而對於response(瀏覽器),則使用jsp文件頭指定的contentType,或者可以直接爲response指定編碼。同時,會告訴browser網頁的編碼。如果未指定,則會使用iso8859-1編碼。對於中文,應該爲browser指定輸出字符串的編碼。

    l browser顯示網頁的時候,首先使用response中指定的編碼(jsp文件頭指定的contentType最終也反映在response上),如果未指定,則會使用網頁中meta項指定中的contentType.

5. 幾處設置

    對於web應用程序,和編碼有關的設置或者函數如下。

    5.1. jsp編譯

    指定文件的存儲編碼,很明顯,該設置應該置於文件的開頭。例如:。另外,對於一般class文件,可以在編譯的時候指定編碼。

    5.2. jsp輸出

    指定文件輸出到browser是使用的編碼,該設置也應該置於文件的開頭。例如:。該設置和response.setCharacterEncoding("GBK")等效。

    5.3. meta設置

    指定網頁使用的編碼,該設置對靜態網頁尤其有作用。因爲靜態網頁無法採用jsp的設置,而且也無法執行response.setCharacterEncoding()。例如:

    如果同時採用了jsp輸出和meta設置兩種編碼指定方式,則jsp指定的優先。因爲jsp指定的直接體現在response中。

    需要注意的是,apache有一個設置可以給無編碼指定的網頁指定編碼,該指定等同於jsp的編碼指定方式,所以會覆蓋靜態網頁中的meta指定。所以有人建議關閉該設置。

   5.4. form設置

    當瀏覽器提交表單的時候,可以指定相應的編碼。例如:。一般不必不使用該設置,瀏覽器會直接使用網頁的編碼。

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首先介紹兩種字符集 gb2312 和 gbk 
   。gb2312 簡體中文編碼
   。gbk    中文字符編碼 包括繁體中文

1. 指定jsp文件裏內容的的編碼方式

   <%@ page language="java" import="java.util.*" pageEncoding="gb2312"%>

2. 指定html文件裏內容的編碼方式
   <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=gb2312" />
3. 當響應用戶的請求時,輸出到用戶瀏覽器上的編碼方式

   <%@ page contentType="text/html"; charset="gb2312"%>
   相當於生成的代碼 response.setContentType("text/html; charset=gb2312");

4. 把用戶傳遞過來的參數作爲指定的編碼
request.setCharacterEncoding("gb2312");

5. 對比
   request.setCharacterEncoding("gb2312");               //設置輸入編碼格式
   response.setContentType("text/html; charset=gb2312"); //設置輸出編碼格式

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一個關於中文字符轉換的程序:

package com.company.util.charset;
import sun.io.CharToByteConverter;
import sun.io.ByteToCharConverter;
import com.company.util.common.Configure;
/**
* 創建日期:(2008-7-6 13:51:16) 解決sybase數據庫查詢不能顯示中文的問題
* 
* @author:like_dark
*/
public class UnicodeToAscii
{
/**
* UnicodeToAscii 構造子註解。
*/
public UnicodeToAscii ()
{
   super ();
}
/**
* 將Ascii轉換成中文字符串
*/
public static String AsciiToChineseString ( String s )
{
   if ( s == null )
    return s;
   char[] orig = s.toCharArray ();
   byte[] dest = new byte[ orig.length ];
   for ( int i = 0; i < orig.length; i++ )
    dest[ i ] = ( byte ) ( orig[ i ] & 0xFF );
   try
   {
    ByteToCharConverter toChar = ByteToCharConverter.getConverter ( "gb2312" );
    return new String ( toChar.convertAll ( dest ) );
   }
   catch ( Exception e )
   {
    System.out.println ( e );
    return s;
   }
}
/**
* 將中文字符串轉換成Ascii
*/
public static String ChineseStringToAscii ( String s )
{
   if ( s == null )
    return s;
   try
   {
    CharToByteConverter toByte = CharToByteConverter.getConverter ( "gb2312" );
    byte[] orig = toByte.convertAll ( s.toCharArray () );
    char[] dest = new char[ orig.length ];
    for ( int i = 0; i < orig.length; i++ )
     dest[ i ] = ( char ) ( orig[ i ] & 0xFF );
    return new String ( dest );
   }
   catch ( Exception e )
   {
    System.out.println ( e );
    return s;
   }
}
/**
* 中文轉ascii
* 
* @param s
*            要進行轉換的字符串
* @param bl
*            是否進行轉換,一個開關控制 , true代表需要轉換。
* @return 轉換後的字符串
*/
public static String ChineseStringToAscii ( String s, boolean bl )
{
   if ( !bl )
    return s;
   else
    return ChineseStringToAscii ( s );
}
/**
* ascii轉字符串
* 
* @param s
* @param bl
* @return
*/
public static String AsciiToChineseString ( String s, boolean bl )
{
   if ( !bl )
    return s;
   else
    return AsciiToChineseString ( s );
}
/**
* 根據輸入的源串(中文或中西文混合)返回其拼音首字母,以小寫返回,如果首字符非拼音字母,則統一返回*號
* 
* @param str
*            源串(中文或中西文混合)
* @return 返回str的拼音首字母,以小寫返回,如果首字符非拼音字母,則統一返回*號
*/
public static String getFirstCharOfString ( String str )
{
   String firstChar = "*";
   if ( str == null || str.length () <= 0 )
    return firstChar;
   try
   {
    byte firstCharBytes[] = new byte[ 2 ];
    int gbcode;
    firstCharBytes[ 0 ] = str.getBytes ( "gb2312" )[ 0 ];
    gbcode = firstCharBytes[ 0 ] & 0x000000ff;
    if ( str.length () > 1 || gbcode >= 0xb0 )
    {
     firstCharBytes[ 1 ] = str.getBytes ( "gb2312" )[ 1 ];
     gbcode = ( firstCharBytes[ 0 ] & 0x000000ff ) * 0x100 + ( firstCharBytes[ 1 ] & 0x000000ff );
    }
    if ( gbcode >= 0xb0a1 && gbcode <= 0xb0c4 )
     firstChar = "a";
    else if ( gbcode >= 0xb0c5 && gbcode <= 0xb2c0 )
     firstChar = "b";
    else if ( gbcode >= 0xb2c1 && gbcode <= 0xb4ed )
     firstChar = "c";
    else if ( gbcode >= 0xb4ee && gbcode <= 0xb6e9 )
     firstChar = "d";
    else if ( gbcode >= 0xb6ea && gbcode <= 0xb7a1 )
     firstChar = "e";
    else if ( gbcode >= 0xb7a2 && gbcode <= 0xb8c0 )
     firstChar = "f";
    else if ( gbcode >= 0xb8c1 && gbcode <= 0xb9fd )
     firstChar = "g";
    else if ( gbcode >= 0xb9fe && gbcode <= 0xbbf6 )
     firstChar = "h";
    else if ( gbcode >= 0xbbf7 && gbcode <= 0xbfa5 )
     firstChar = "j";
    else if ( gbcode >= 0xbfa6 && gbcode <= 0xc0ab )
     firstChar = "k";
    else if ( gbcode >= 0xc0ac && gbcode <= 0xc2e7 )
     firstChar = "l";
    else if ( gbcode >= 0xc2e8 && gbcode <= 0xc4c2 )
     firstChar = "m";
    else if ( gbcode >= 0xc4c3 && gbcode <= 0xc5b5 )
     firstChar = "n";
    else if ( gbcode >= 0xc5b6 && gbcode <= 0xc5bd )
     firstChar = "o";
    else if ( gbcode >= 0xc5be && gbcode <= 0xc6d9 )
     firstChar = "p";
    else if ( gbcode >= 0xc6da && gbcode <= 0xc8ba )
     firstChar = "q";
    else if ( gbcode >= 0xc8bb && gbcode <= 0xc8f5 )
     firstChar = "r";
    else if ( gbcode >= 0xc8f6 && gbcode <= 0xcbf9 )
     firstChar = "s";
    else if ( gbcode >= 0xcbfa && gbcode <= 0xcdd9 )
     firstChar = "t";
    else if ( gbcode >= 0xcdda && gbcode <= 0xcef3 )
     firstChar = "w";
    else if ( gbcode >= 0xcef4 && gbcode <= 0xd1b8 )
     firstChar = "x";
    else if ( gbcode >= 0xd1b9 && gbcode <= 0xd4d0 )
     firstChar = "y";
    else if ( gbcode >= 0xd4d1 && gbcode <= 0xd7f9 )
     firstChar = "z";
    else
     gbcode = firstCharBytes[ 0 ];
    if ( gbcode >= 'A' && gbcode <= 'Z' )
     gbcode += 32;
    if ( gbcode >= 'a' && gbcode <= 'z' )
     firstChar = String.valueOf ( ( char ) gbcode );
   }
   catch ( Exception e )
   {
    System.out.println ( "getFirstCharOfString Exception: " + e.getMessage () );
   }
   return firstChar;
}
}

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看看那句能打印出中文。說明解碼編碼正確
          

  String str = values[i];     
            System.out.println("1:" + new String(str.getBytes("GBK"),"ISO8859_1"));
            System.out.println("2:" +new String(str.getBytes("GBK"),"utf-8"));
            System.out.println("3:" +new String(str.getBytes("GBK"),"GB2312"));
            System.out.println("4:" +new String(str.getBytes("GBK"),"GBK"));
            System.out.println("5:" +new String(str.getBytes("ISO8859_1"),"GBK"));
            System.out.println("6:" +new String(str.getBytes("ISO8859_1"),"ISO8859_1"));
            System.out.println("7:" +new String(str.getBytes("ISO8859_1"),"GB2312"));
            System.out.println("8:" +new String(str.getBytes("ISO8859_1"),"utf-8"));
            System.out.println("9:" +new String(str.getBytes("utf-8"),"GBK"));
            System.out.println("10:" +new String(str.getBytes("utf-8"),"utf-8"));
            System.out.println("11:" +new String(str.getBytes("utf-8"),"GB2312"));
            System.out.println("12:" +new String(str.getBytes("utf-8"),"ISO8859_1"));
            System.out.println("13:" +new String(str.getBytes("GB2312"),"GB2312"));
            System.out.println("14:" +new String(str.getBytes("GB2312"),"ISO8859_1"));
            System.out.println("15:" +new String(str.getBytes("GB2312"),"utf-8"));
            System.out.println("16:" +new String(str.getBytes("GB2312"),"GBK"));

參考:

編碼表:http://www.chenjiliang.com/Article/View.aspx?ArticleID=248&TypeID=20

java編碼類型獲取: http://java.chinaitlab.com/base/742939.html


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