UTF-8、GB2312、GB18030、GBK和BIG5等字符集编码范围的具体说明

一 预备知识

1,字符:字符是抽象的最小文本单位。它没有固定的形状(可能是一个字形),而且没有值。“A”是一个字符,“ ”(德国、法国和许多其他欧洲国家通用货币的标志)也是一个字符。“中”“国”这是两个汉字字符。字符仅仅代表一个符号,没有任何实际值的意义。

2,字符集:字符集是字符的集合。例如,汉字字符是中国人最先发明的字符,在中文、日文、韩文和越南文的书写中使用。这也说明了字符和字符集之间的关系,字符组成字符集(iso8859-1,GB2312/GBK,unicode)。

3,代码点:字符集中的每个字符都被分配到一个“代码点”。每个代码点都有一个特定的唯一数值,称为标值。该标量值通常用十六进制表示。

4,代码单元: 在每种编码形式中,代码点被映射到一个或多个代码单元。“代码单元”是各个编码方式中的单个单元。代码单元的大小等效于特定编码方式的位数:
  UTF-8 :UTF-8 中的代码单元由 8 位组成;在 UTF-8 中,因为代码单元较小的缘故,每个代码点常常被映射到多个代码单元。代码点将被映射到一个、两个、三个或四个代码单元;
  UTF-16 :UTF-16 中的代码单元由 16 位组成;UTF-16 的代码单元大小是 8 位代码单元的两倍。所以,标量值小于 U+10000 的代码点被编码到单个代码单元中;
  UTF-32:UTF-32  中的代码单元由 32 位组成; UTF-32 中使用的 32 位代码单元足够大,每个代码点都可编码为单个代码单元;
  GB18030:GB18030  中的代码单元由 8 位组成;在 GB18030 中,因为代码单元较小的缘故,每个代码点常常被映射到多个代码单元。代码点将被映射到一个、两个或四个代码单元。

5,举例:

“中国北京香蕉是个大笨蛋”这是我定义的aka字符集;各字符对应代码点为:
北 00000001
京 00000010
香 10000001
蕉 10000010
是 10000100
个 10001000
大 10010000
笨 10100000
蛋 11000000
中 00000100
国 00001000
下面是我定义的 zixia 编码方案(8位),可以看到它的编码中表示了aka字符集的所有字符对应的 代码单元;
北 10000001
京 10000010
香 00000001
蕉 00000010
是 00000100
个 00001000
大 00010000
笨 00100000
蛋 01000000
中 10000100
国 10001000
所谓文本文件 就是我们按一定编码方式将二进制数据表示为对应的文本如 00000001000000100000010000001000000100000010000001000000这样的文件。我用一个支持 zixia编码和aka字符集的记事本打开,它就按照编码方案显示为  “香蕉是个大笨蛋 ”
如果我把这些字符按照GBK另存一个文件,那么则肯定不是这个,而是
1100111111100011 1011110110110110 1100101011000111 1011100011110110 1011010011110011 1011000110111111 1011010110110000 110100001010

二,字符集

1, 常用字符集分类
ASCII及其扩展字符集
作用:表语英语及西欧语言。
位数:ASCII是用7位表示的,能表示128个字符;其扩展使用8位表示,表示256个字符。
范围:ASCII从00到7F,扩展从00到FF。
ISO-8859-1字符集
作用:扩展ASCII,表示西欧、希腊语等。
位数:8位,
范围:从00到FF,兼容ASCII字符集。
GB2312字符集
作用:国家简体中文字符集,兼容ASCII。
位数:使用2个字节表示,能表示7445个符号,包括6763个汉字,几乎覆盖所有高频率汉字。
范围:高字节从A1到F7, 低字节从A1到FE。将高字节和低字节分别加上0XA0即可得到编码。
BIG5字符集
作用:统一繁体字编码。
位数:使用2个字节表示,表示13053个汉字。
范围:高字节从A1到F9,低字节从40到7E,A1到FE。
GBK字符集
作用:它是GB2312的扩展,加入对繁体字的支持,兼容GB2312。
位数:使用2个字节表示,可表示21886个字符。
范围:高字节从81到FE,低字节从40到FE。
GB18030字符集
作用:它解决了中文、日文、朝鲜语等的编码,兼容GBK。
位数:它采用变字节表示(1 ASCII,2,4字节)。可表示27484个文字。
范围:1字节从00到7F; 2字节高字节从81到FE,低字节从40到7E和80到FE;4字节第一三字节从81到FE,第二四字节从30到39。
UCS字符集
作用:国际标准 ISO 10646 定义了通用字符集 (Universal Character Set)。它是与UNICODE同类的组织,UCS-2和UNICODE兼容。
位数:它有UCS-2和UCS-4两种格式,分别是2字节和4字节。
范围:目前,UCS-4只是在UCS-2前面加了0×0000。
UNICODE字符集
作用:为世界650种语言进行统一编码,兼容ISO-8859-1。
位数:UNICODE字符集有多个编码方式,分别是UTF-8,UTF-16和UTF-32。

2 ,按所表示的文字分类
语言                                 字符集                                     正式名称
英语、西欧语                     ASCII,ISO-8859-1                MBCS 多字节
简体中文                             GB2312                                    MBCS 多字节
繁体中文                             BIG5                                         MBCS 多字节
简繁中文                             GBK                                         MBCS 多字节
中文、日文及朝鲜语         GB18030                                  MBCS 多字节
各国语言                             UNICODE,UCS                    DBCS 宽字节

三,编码

UTF-8:采用变长字节 (1 ASCII, 2 希腊字母, 3 汉字, 4 平面符号) 表示,网络传输, 即使错了一个字节,不影响其他字节,而双字节只要一个错了,其他也错了,具体如下:
如果只有一个字节则其最高二进制位为0;如果是多字节,其第一个字节从最高位开始,连续的二进制位值为1的个数决定了其编码的字节数,其余各字节均以10开头。UTF-8最多可用到6个字节。

UTF- 16:采用2字节,Unicode中不同部分的字符都同样基于现有的标准。这是为了便于转换。从 0×0000到0×007F是ASCII字符,从0×0080到0×00FF是ISO-8859-1对ASCII的扩展。希腊字母表使用从0×0370到 0×03FF 的代码,斯拉夫语使用从0×0400到0×04FF的代码,美国使用从0×0530到0×058F的代码,希伯来语使用从0×0590到0×05FF的代码。中国、日本和韩国的象形文字(总称为CJK)占用了从0×3000到0×9FFF的代码;由于0×00在c语言及操作系统文件名等中有特殊意义,故很多情况下需要UTF-8编码保存文本,去掉这个0×00。举例如下:
UTF-16: 0×0080  = 0000 0000 1000 0000
UTF-8:   0xC280 = 1100 0010 1000 0000
UTF-32:采用4字节。
优缺点
UTF-8、UTF-16和UTF-32都可以表示有效编码空间 (U+000000-U+10FFFF) 内的所有Unicode字符。
使用UTF-8编码时ASCII字符只占1个字节,存储效率比较高,适用于拉丁字符较多的场合以节省空间。
对于大多数非拉丁字符(如中文和日文)来说,UTF-16所需存储空间最小,每个字符只占2个字节。
Windows NT内核是Unicode(UTF-16),采用UTF-16编码在调用系统API时无需转换,处理速度也比较快。
采用UTF-16和UTF-32会有Big Endian和Little Endian之分,而UTF-8则没有字节顺序问题,所以UTF-8适合传输和通信。
UTF-32采用4字节编码,一方面处理速度比较快,但另一方面也浪费了大量空间,影响传输速度,因而很少使用。

四,如何判断字符集

1,字节序
首先说一下字节序对编码的影响,字节序分为Big Endian字节序和Little Endian字节序。不同的处理器可能不一样。所以,传输时需要告诉处理器当时的编码字节序。对于前者而言,高位字节存在低地址,低字节存于高地址;后者相反。例如,0X03AB,
Big Endian字节序
0000: 0 3
0001: AB
Little Endian字节序是
0000: AB
0001: 0 3

2,编码识别
UNICODE,根据前几个字节可以判断UNICODE字符集的各种编码,叫做Byte Order Mask方法BOM:
UTF-8: EFBBBF (符合UTF-8格式,请看上面。但没有含义在UCS即UNICODE中)
UTF-16 Big Endian:FEFF (没有含义在UCS-2中)
UTF-16 Little Endian:FFFE (没有含义在UCS-2中)
UTF-32 Big Endian:0000FEFF (没有含义在UCS-4中)
UTF-32 Little Endian:FFFE0000 (没有含义在UCS-4中)

GB2312:高字节和低字节的第1位都是1。

BIG5,GBK&GB18030:高字节的第1位为1。操作系统有默认的编码,常为GBK,可以下载别的并升级。通过判断高字节的第1位从而知道是ASCII或者汉字编码。

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