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Unicode字符編碼規範
Unicode是一種字符編碼規範 。
先從ASCII說起。ASCII是用來表示英文字符的一種編碼規範，每個ASCII字符佔用1個字節（8bits）因此，ASCII編碼可以表示的最大字符數是256，其實英文字符並沒有那麼多，一般只用前128個（最高位爲0），其中包括了控制字符、數字、大小寫字母和其他一些符號
。
而最高位爲1的另128個字符被成爲“擴展ASCII”，一般用來存放英文的製表符、部分音標字符等等的一些其他符號
這種字符編碼規範顯然用來處理英文沒有什麼問題
。（實際上也可以用來處理法文、德文等一些其他的西歐字符，但是不能和英文通用），但是面對中文、阿拉伯文之類複雜的文字，255個字符顯然不夠用
於是，各個國家紛紛制定了自己的文字編碼規範，其中中文的文字編碼規範叫做“GB2312-80”，它是和ASCII兼容的一種編碼規範，其實就是利用擴展ASCII沒有真正標準化這一點，把一箇中文字符用兩個擴展ASCII字符來表示。
但 是這個方法有問題，最大的問題就是，中文文字沒有真正屬於自己的編碼，因爲擴展ASCII碼雖然沒有真正的標準化，但是PC裏的ASCII碼還是有一個事 實標準的（存放着英文製表符），所以很多軟件利用這些符號來畫表格。這樣的軟件用到中文系統中，這些表格符就會被誤認作中文字，破壞版面。而且，統計中英 文混合字符串中的字數，也是比較複雜的，我們必須判斷一個ASCII碼是否擴展，以及它的下一個ASCII是否擴展，然後才“猜”那可能是一箇中文字
。
總之當時處理中文是很痛苦的。而更痛苦的是GB2312是國家標準，臺灣當時有一個Big5編碼標準，很多編碼和GB是相同的，所以……，嘿嘿。
這 時候，我們就知道，要真正解決中文問題，不能從擴展ASCII的角度入手，也不能僅靠中國一家來解決。而必須有一個全新的編碼系統，這個系統要可以將中 文、英文、法文、德文……等等所有的文字統一起來考慮，爲每個文字都分配一個單獨的編碼，這樣纔不會有上面那種現象出現。
於是，Unicode誕生了。
Unicode有兩套標準，一套叫UCS-2(Unicode-16)，用2個字節爲字符編碼，另一套叫UCS-4(Unicode-32)，用4個字節爲字符編碼。
以目前常用的UCS-2爲例，它可以表示的字符數爲2^16=65535，基本上可以容納所有的歐美字符和絕大部分的亞洲字符
。
UTF-8的問題後面會提到 。
在Unicode裏，所有的字符被一視同仁。漢字不再使用“兩個擴展ASCII”，而是使用“1個Unicode”，注意，現在的漢字是“一個字符”了，於是，拆字、統計字數這些問題也就自然而然的解決了
。
但是，這個世界不是理想的，不可能在一夜之間所有的系統都使用Unicode來處理字符，所以Unicode在誕生之日，就必須考慮一個嚴峻的問題：和ASCII字符集之間的不兼容問題。
我們知道，ASCII字符是單個字節的，比如“A”的ASCII是65。而Unicode是雙字節的，比如“A”的Unicode是0065，這就造成了一個非常大的問題：以前處理ASCII的那套機制不能被用來處理Unicode了
。
另一個更加嚴重的問題是，C語言使用’\0′作爲字符串結尾，而Unicode裏恰恰有很多字符都有一個字節爲0，這樣一來，C語言的字符串函數將無法正常處理Unicode，除非把世界上所有用C寫的程序以及他們所用的函數庫全部換掉
。
於是，比Unicode更偉大的東東誕生了，之所以說它更偉大是因爲它讓Unicode不再存在於紙上，而是真實的存在於我們大家的電腦中。那就是：UTF
。
UTF= UCS Transformation Format UCS轉換格式
它是將Unicode編碼規則和計算機的實際編碼對應起來的一個規則。現在流行的UTF有2種：UTF-8和UTF-16
。
其中UTF-16和上面提到的Unicode本身的編碼規範是一致的，這裏不多說了。而UTF-8不同，它定義了一種“區間規則”，這種規則可以和ASCII編碼保持最大程度的兼容
。
UTF-8有點類似於Haffman編碼，它將Unicode編碼爲00000000-0000007F的字符，用單個字節來表示；
00000080-000007FF的字符用兩個字節表示
00000800-0000FFFF的字符用3字節表示
因爲目前爲止Unicode-16規範沒有指定FFFF以上的字符，所以UTF-8最多是使用3個字節來表示一個字符。但理論上來說，UTF-8最多需要用6字節表示一個字符。
在UTF-8裏，英文字符仍然跟ASCII編碼一樣，因此原先的函數庫可以繼續使用。而中文的編碼範圍是在0080-07FF之間，因此是2個字節表示（但這兩個字節和GB編碼的兩個字節是不同的），用專門的Unicode處理類可以對UTF編碼進行處理。
下面說說中文的問題。
由於歷史的原因，在Unicode之前，一共存在過3套中文編碼標準。
GB2312-80，是中國大陸使用的國家標準，其中一共編碼了6763個常用簡體漢字。Big5，是臺灣使用的編碼標準，編碼了臺灣使用的繁體漢字，大概有8千多個。HKSCS，是中國香港使用的編碼標準，字體也是繁體，但跟Big5有所不同。
這3套編碼標準都採用了兩個擴展ASCII的方法，因此，幾套編碼互不兼容，而且編碼區間也各有不同
因爲其不兼容性，在同一個系統中同時顯示GB和Big5基本上是不可能的。當時的南極星、RichWin等等軟件，在自動識別中文編碼、自動顯示正確編碼方面都做了很多努力
。
他們用了怎樣的技術我就不得而知了，我知道好像南極星曾經以同屏顯示繁簡中文爲賣點。
後來，由於各方面的原因，國際上又制定了針對中文的統一字符集GBK和GB18030，其中GBK已經在Windows、Linux等多種操作系統中被實現。
GBK兼容GB2312，並增加了大量不常用漢字，還加入了幾乎所有的Big5中的繁體漢字。但是GBK中的繁體漢字和Big5中的幾乎不兼容。
GB18030相當於是GBK的超集，比GBK包含的字符更多。據我所知目前還沒有操作系統直接支持GB18030。
談談Unicode編碼，簡要解釋UCS、UTF、BMP、BOM等名詞
這是一篇程序員寫給程序員的趣味讀物。所謂趣味是指可以比較輕鬆地瞭解一些原來不清楚的概念，增進知識，類似於打RPG遊戲的升級。整理這篇文章的動機是兩個問題：
問題一：
使用Windows記事本的“另存爲”，可以在GBK、Unicode、Unicode big
endian和UTF-8這幾種編碼方式間相互轉換。同樣是txt文件，Windows是怎樣識別編碼方式的呢？
我很早前就發現Unicode、Unicode big
endian和UTF-8編碼的txt文件的開頭會多出幾個字節，分別是FF、FE（Unicode）,FE、FF（Unicode big
endian）,EF、BB、BF（UTF-8）。但這些標記是基於什麼標準呢？
問題二：
最 近在網上看到一個ConvertUTF.c，實現了UTF-32、UTF-16和UTF-8這三種編碼方式的相互轉換。對於Unicode(UCS2)、 GBK、UTF-8這些編碼方式，我原來就瞭解。但這個程序讓我有些糊塗，想不起來UTF-16和UCS2有什麼關係。
查了查相關資料，總算將這些問題弄清楚了，順帶也瞭解了一些Unicode的細節。寫成一篇文章，送給有過類似疑問的朋友。本文在寫作時儘量做到通俗易懂，但要求讀者知道什麼是字節，什麼是十六進制。
0、big endian和little endian
big endian和little
endian是CPU處理多字節數的不同方式。例如“漢”字的Unicode編碼是6C49。那麼寫到文件裏時，究竟是將6C寫在前面，還是將49寫在前面？如果將6C寫在前面，就是big
endian。還是將49寫在前面，就是little endian。
“endian”這個詞出自《格列佛遊記》。小人國的內戰就源於吃雞蛋時是究竟從大頭(Big-Endian)敲開還是從小頭(Little-Endian)敲開，由此曾發生過六次叛亂，其中一個皇帝送了命，另一個丟了王位。
我們一般將endian翻譯成“字節序”，將big endian和little
endian稱作“大尾”和“小尾”。
1、字符編碼、內碼，順帶介紹漢字編碼
字符必須編碼後才能被計算機處理。計算機使用的缺省編碼方式就是計算機的內碼。早期的計算機使用7位的ASCII編碼，爲了處理漢字，程序員設計了用於簡體中文的GB2312和用於繁體中文的big5。
GB2312(1980年)一共收錄了7445個字符，包括6763個漢字和682個其它符號。漢字區的內碼範圍高字節從B0-F7，低字節從A1-FE，佔用的碼位是72*94=6768。其中有5個空位是D7FA-D7FE。
GB2312 支持的漢字太少。1995年的漢字擴展規範GBK1.0收錄了21886個符號，它分爲漢字區和圖形符號區。漢字區包括21003個字符。2000年的 GB18030是取代GBK1.0的正式國家標準。該標準收錄了27484個漢字，同時還收錄了藏文、蒙文、維吾爾文等主要的少數民族文字。現在的PC平 臺必須支持GB18030，對嵌入式產品暫不作要求。所以手機、MP3一般只支持GB2312。
從ASCII、GB2312、GBK到 GB18030，這些編碼方法是向下兼容的，即同一個字符在這些方案中總是有相同的編碼，後面的標準支持更多的字符。在這些編碼中，英文和中文可以統一地 處理。區分中文編碼的方法是高字節的最高位不爲0。按照程序員的稱呼，GB2312、GBK到GB18030都屬於雙字節字符集
(DBCS)。
有的中文Windows的缺省內碼還是GBK，可以通過GB18030升級包升級到GB18030。不過GB18030相對GBK增加的字符，普通人是很難用到的，通常我們還是用GBK指代中文Windows內碼。
這裏還有一些細節：
GB2312的原文還是區位碼，從區位碼到內碼，需要在高字節和低字節上分別加上A0。
在DBCS中，GB內碼的存儲格式始終是big endian，即高位在前。
GB2312 的兩個字節的最高位都是1。但符合這個條件的碼位只有128*128=16384個。所以GBK和GB18030的低字節最高位都可能不是1。不過這不影 響DBCS字符流的解析：在讀取DBCS字符流時，只要遇到高位爲1的字節，就可以將下兩個字節作爲一個雙字節編碼，而不用管低字節的高位是什麼。
2、Unicode、UCS和UTF
前面提到從ASCII、GB2312、GBK到GB18030的編碼方法是向下兼容的。而Unicode只與ASCII兼容（更準確地說，是與ISO-8859-1兼容），與GB碼不兼容。例如“漢”字的Unicode編碼是6C49，而GB碼是BABA。
Unicode也是一種字符編碼方法，不過它是由國際組織設計，可以容納全世界所有語言文字的編碼方案。Unicode的學名是”Universal
Multiple-Octet Coded Character Set”，簡稱爲UCS。UCS可以看作是”Unicode
Character Set”的縮寫。
根據維基百科全書(http://zh.wikipedia.org/wiki/)的記載：歷史上存在兩個試圖獨立設計Unicode的組織，即國際標準化組織（ISO）和一個軟件製造商的協會（unicode.org）。ISO開發了ISO
10646項目，Unicode協會開發了Unicode項目。
在1991年前後，雙方都認識到世界不需要兩個不兼容的字符集。於是它們開始合併雙方的工作成果，併爲創立一個單一編碼表而協同工作。從Unicode2.0開始，Unicode項目採用了與ISO
10646-1相同的字庫和字碼。
目前兩個項目仍都存在，並獨立地公佈各自的標準。Unicode協會現在的最新版本是2005年的Unicode
4.1.0。ISO的最新標準是10646-3:2003。
UCS規定了怎麼用多個字節表示各種文字。怎樣傳輸這些編碼，是由UTF(UCS
Transformation Format)規範規定的，常見的UTF規範包括UTF-8、UTF-7、UTF-16。
IETF的RFC2781和RFC3629以RFC的一貫風格，清晰、明快又不失嚴謹地描述了UTF-16和UTF-8的編碼方法。我總是記不得IETF是Internet
Engineering Task
Force的縮寫。但IETF負責維護的RFC是Internet上一切規範的基礎。
3、UCS-2、UCS-4、BMP
UCS有兩種格式：UCS-2和UCS-4。顧名思義，UCS-2就是用兩個字節編碼，UCS-4就是用4個字節（實際上只用了31位，最高位必須爲0）編碼。下面讓我們做一些簡單的數學遊戲：
UCS-2有2^16=65536個碼位，UCS-4有2^31=2147483648個碼位。
UCS-4根據最高位爲0的最高字節分成2^7=128個group。每個group再根據次高字節分爲256個plane。每個plane根據第3個字節分爲256行
(rows)，每行包含256個cells。當然同一行的cells只是最後一個字節不同，其餘都相同。
group 0的plane 0被稱作Basic Multilingual Plane,
即BMP。或者說UCS-4中，高兩個字節爲0的碼位被稱作BMP。
將UCS-4的BMP去掉前面的兩個零字節就得到了UCS-2。在UCS-2的兩個字節前加上兩個零字節，就得到了UCS-4的BMP。而目前的UCS-4規範中還沒有任何字符被分配在BMP之外。
4、UTF編碼
UTF-8就是以8位爲單元對UCS進行編碼。從UCS-2到UTF-8的編碼方式如下：
UCS-2編碼(16進制) UTF-8 字節流(二進制)
0000 - 007F 0xxxxxxx
0080 - 07FF 110xxxxx 10xxxxxx
0800 - FFFF 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
例如“漢”字的Unicode編碼是6C49。6C49在0800-FFFF之間，所以肯定要用3字節模板了：1110xxxx
10xxxxxx 10xxxxxx。將6C49寫成二進制是：0110 110001 001001，
用這個比特流依次代替模板中的x，得到：11100110 10110001 10001001，即E6 B1 89。
讀者可以用記事本測試一下我們的編碼是否正確。
UTF -16以16位爲單元對UCS進行編碼。對於小於0×10000的UCS碼，UTF-16編碼就等於UCS碼對應的16位無符號整數。對於不小於 0×10000的UCS碼，定義了一個算法。不過由於實際使用的UCS2，或者UCS4的BMP必然小於0×10000，所以就目前而言，可以認爲UTF -16和UCS-2基本相同。但UCS-2只是一個編碼方案，UTF-16卻要用於實際的傳輸，所以就不得不考慮字節序的問題。
5、UTF的字節序和BOM
UTF -8以字節爲編碼單元，沒有字節序的問題。UTF-16以兩個字節爲編碼單元，在解釋一個UTF-16文本前，首先要弄清楚每個編碼單元的字節序。例如收 到一個“奎”的Unicode編碼是594E，“乙”的Unicode編碼是4E59。如果我們收到UTF-16字節流“594E”，那麼這是“奎”還是 “乙”？
Unicode規範中推薦的標記字節順序的方法是BOM。BOM不是“Bill Of
Material”的BOM表，而是Byte Order Mark。BOM是一個有點小聰明的想法：
在UCS編碼中有一個叫做”ZERO WIDTH NO-BREAK
SPACE”的字符，它的編碼是FEFF。而FFFE在UCS中是不存在的字符，所以不應該出現在實際傳輸中。UCS規範建議我們在傳輸字節流前，先傳輸字符”ZERO
WIDTH NO-BREAK SPACE”。
這樣如果接收者收到FEFF，就表明這個字節流是Big-Endian的；如果收到FFFE，就表明這個字節流是Little-Endian的。因此字符”ZERO
WIDTH NO-BREAK SPACE”又被稱作BOM。
UTF-8不需要BOM來表明字節順序，但可以用BOM來表明編碼方式。字符”ZERO
WIDTH NO-BREAK SPACE”的UTF-8編碼是EF BB
BF（讀者可以用我們前面介紹的編碼方法驗證一下）。所以如果接收者收到以EF BB
BF開頭的字節流，就知道這是UTF-8編碼了。
Windows就是使用BOM來標記文本文件的編碼方式的。
6、進一步的參考資料
本文主要參考的資料是 “Short overview of ISO-IEC 10646 and Unicode”
(http://www.nada.kth.se/i18n/ucs/unicode-iso10646-oview.html)。
我還找了兩篇看上去不錯的資料，不過因爲我開始的疑問都找到了答案，所以就沒有看：
“Understanding Unicode A general introduction to the Unicode Standard”
(http://scripts.sil.org/cms/scripts/page.php?site_id=nrsi&item_id=IWS-Chapter04a)
“Character set encoding basics Understanding character set encodings
and legacy encodings”
(http://scripts.sil.org/cms/scripts/page.php?site_id=nrsi&item_id=IWS-Chapter03)
附錄1 再說說區位碼、GB2312、內碼和代碼頁
有的朋友對文章中這句話還有疑問： “GB2312的原文還是區位碼，從區位碼到內碼，需要在高字節和低字節上分別加上A0。”
我再詳細解釋一下：
“GB2312 的原文”是指國家1980年的一個標準《中華人民共和國國家標準 信息交換用漢字編碼字符集 基本集 GB 2312-80》。這個標準用兩個數來編碼漢字和中文符號。第一個數稱爲“區”，第二個數稱爲“位”。所以也稱爲區位碼。1-9區是中文符號，16-55 區是一級漢字，56-87區是二級漢字。現在Windows也還有區位輸入法，例如輸入1601得到“啊”。
內碼是指操作系統內部的字符 編碼。早期操作系統的內碼是與語言相關的.現在的Windows在內部統一使用Unicode，然後用代碼頁適應各種語言,“內碼”的概念就比較模糊了。 微軟一般將缺省代碼頁指定的編碼說成是內碼，在特殊的場合也會說自己的內碼是Unicode，例如在 GB18030問題的處理上。
所謂代碼頁(code page)就是針對一種語言文字的字符編碼。例如GBK的code page是CP936，BIG5的code page是CP950，GB2312的code page是CP20936。
Windows中有缺省代碼頁的概念，即缺省用什麼編碼來解釋字符。例如Windows的記事本打開了一個文本文件，裏面的內容是字節流：BA、BA、D7、D6。Windows應該去怎麼解釋它呢？
是 按照Unicode編碼解釋、還是按照GBK解釋、還是按照BIG5解釋，還是按照ISO8859-1去解釋？如果按GBK去解釋，就會得到“漢字”兩個 字。按照其它編碼解釋，可能找不到對應的字符，也可能找到錯誤的字符。所謂“錯誤”是指與文本作者的本意不符，這時就產生了亂碼。
答案是Windows按照當前的缺省代碼頁去解釋文本文件裏的字節流。缺省代碼頁可以通過控制面板的區域選項設置。記事本的另存爲中有一項ANSI，其實就是按照缺省代碼頁的編碼方法保存。
Windows的內碼是Unicode，它在技術上可以同時支持多個代碼頁。只要文件能說明自己使用什麼編碼，用戶又安裝了對應的代碼頁，Windows就能正確顯示，例如在HTML文件中就可以指定charset。
有 的HTML文件作者，特別是英文作者，認爲世界上所有人都使用英文，在文件中不指定charset。如果他使用了0×80-0xff之間的字符，中文 Windows又按照缺省的GBK去解釋，就會出現亂碼。這時只要在這個html文件中加上指定charset的語句，例如：如果原作者使用的代碼頁和 ISO8859-1兼容，就不會出現亂碼了。
再說區位碼，啊的區位碼是1601，寫成16進制是0×10,0×01。這和計算機廣泛使用 的ASCII編碼衝突。爲了兼容00-7f的 ASCII編碼，我們在區位碼的高、低字節上分別加上A0。這樣“啊”的編碼就成爲B0A1。我們將加過兩個A0的編碼也稱爲GB2312編碼，雖然 GB2312的原文根本沒提到這一點。