UTF-8 GBK UTF8 GB2312 之間的區別
UTF-8:Unicode TransformationFormat-8bit,允許含BOM,但通常不含BOM。是用以解決國際上字元的一種多位元組編碼,它對英文使用8位(即一個位元組),中文使用24為(三個位元組)來編碼。UTF-8包含全世界所有國家需要用到的字元,是國際編碼,通用性強。UTF-8編碼的文字可以在各國支援UTF8字元集的瀏覽器上顯示。如,如果是UTF8編碼,則在外國人的英文IE上也能顯示中文,他們無需下載IE的中文語言支援包。
GBK是國家標準GB2312基礎上擴容後相容GB2312的標準。GBK的文字編碼是用雙位元組來表示的,即不論中、英文字元均使用雙位元組來表示,為了區分中文,將其最高位都設定成1。GBK包含全部中文字元,是國家編碼,通用性比UTF8差,不過UTF8佔用的資料庫比GBD大。
GBK、GB2312等與UTF8之間都必須通過Unicode編碼才能相互轉換:
GBK、GB2312--Unicode--UTF8
UTF8--Unicode--GBK、GB2312
對於一個網站、論壇來說,如果英文字元較多,則建議使用UTF-8節省空間的。不過現在很多論壇的外掛程式一般只支援GBK。
簡單來說,unicode,gbk和大五碼就是編碼的值,而utf-8,uft-16之類就是這個值的表現形式.而前面那三種編碼是一相容的,同一個漢字,那三個碼值是完全不一樣的.如"漢"的uncode值與gbk就是不一樣的,假設uncode為a040,gbk為b030,而uft-8碼,就是把那個值表現的形式.utf-8碼完全只針對uncode來組織的,如果GBK要轉UTF-8必須先轉uncode碼,再轉utf-8就OK了.
詳細的就見下面轉的這篇文章.
談談Unicode編碼,簡要解釋UCS、UTF、BMP、BOM等名詞
這是一篇程式員寫給程式員的趣味讀物。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“另存新檔”,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檔案,Windows是怎樣識別編碼方式的呢?
我很早前就發現Unicode、Unicode bigendian和UTF-8編碼的txt檔案的開頭會多出幾個位元組,分別是FF、FE(Unicode),FE、FF(Unicode bigendian),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。但這個程式讓我有些糊塗,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。本文在寫作時盡量做到通俗易懂,但要求讀者知道什麼是位元組,什麼是十六進位。
0、big endian和little endian
big endian和littleendian是CPU處理多位元組數的不同方式。例如“漢”字的Unicode編碼是6C49。那麼寫到檔案裡時,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。如果將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,一個皇帝送了命,另一個丟了王位。
我們一般將endian翻譯成“位元組序”,將big endian和little endian稱作“大尾”和“小尾”。
1、字元編碼、內碼,順帶介紹漢字編碼
字元必須編碼後才能被電腦處理。電腦使用的預設編碼方式就是電腦的內碼。早期的電腦使用7位的ASCII編碼,為了處理漢字,程式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個字元,包括6763個漢字和682個其它符號。漢字區的內碼範圍高位元組從B0-F7,低位元組從A1-FE,佔用的碼位是72*94=6768。其中有5個空位是D7FA-D7FE。
GB2312支援的漢字太少。1995年的漢字擴充規範GBK1.0收錄了21886個符號,它分為漢字區和圖形符號區。漢字區包括21003個字元。
從ASCII、GB2312到GBK,這些編碼方法是向下相容的,即同一個字元在這些方案中總是有相同的編碼,後面的標準支援更多的字元。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位元組的最高位不為0。按照程式員的稱呼,GB2312、GBK都屬於雙位元組字元集 (DBCS)。
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。從漢字字彙上說,GB18030在GB13000.1的20902個漢字的基礎上增加了CJK擴充A的6582個漢字(Unicode碼0x3400-0x4db5),一共收錄了27484個漢字。
CJK就是中日韓的意思。Unicode為了節省碼位,將中日韓三國語言中的文字統一編碼。GB13000.1就是ISO/IEC 10646-1的中文版,相當於Unicode 1.1。
GB18030的編碼採用單位元組、雙位元組和4位元組方案。其中單位元組、雙位元組和GBK是完全相容的。4位元組編碼的碼位就是收錄了CJK擴充A的6582個漢字。例如:UCS的0x3400在GB18030中的編碼應該是8139EF30,UCS的0x3401在GB18030中的編碼應該是8139EF31。
微軟提供了GB18030的升級包,但這個升級包只是提供了一套支援CJK擴充A的6582個漢字的新字型:新宋體-18030,並不改變內碼。Windows 的內碼仍然是GBK。
這裡還有一些細節:
GB2312的原文還是區位碼,從區位碼到內碼,需要在高位元組和低位元組上分別加上A0。
對於任何字元編碼,編碼單元的順序是由編碼方案指定的,與endian無關。例如GBK的編碼單元是位元組,用兩個位元組表示一個漢字。這兩個位元組的順序是固定的,不受CPU位元組序的影響。UTF-16的編碼單元是word(雙位元組),word之間的順序是編碼方案指定的,word內部的位元組排列才會受到endian的影響。後面還會介紹UTF-16。
GB2312的兩個位元組的最高位都是1。但符合這個條件的碼位只有128*128=16384個。所以GBK和GB18030的低位元組最高位都可能不是1。不過這不影響DBCS字元流的解析:在讀取DBCS字元流時,只要遇到高位為1的位元組,就可以將下兩個位元組作為一個雙位元組編碼,而不用管低位元組的高位是什麼。
2、Unicode、UCS和UTF
前面提到從ASCII、GB2312、GBK到GB18030的編碼方法是向下相容的。而Unicode只與ASCII相容(更準確地說,是與ISO-8859-1相容),與GB碼不相容。例如“漢”字的Unicode編碼是6C49,而GB碼是BABA。
Unicode也是一種字元編碼方法,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"UniversalMultiple-Octet Coded Character Set",簡稱為UCS。UCS可以看作是"Unicode CharacterSet"的縮寫。
根據維基百科全書(http://zh.wikipedia.org/wiki/)的記載:曆史上存在兩個試圖獨立設計Unicode的組織,即國際標準組織(ISO)和一個軟體製造商的協會(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相容的字元集。於是它們開始合并雙方的工作成果,並為創立一個單一編碼錶而協同工作。從Unicode2.0開始,Unicode項目採用了與ISO 10646-1相同的字型檔和字碼。
目前兩個項目仍都存在,並獨立地公布各自的標準。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ISO 10646-3:2003。
UCS只是規定如何編碼,並沒有規定如何傳輸、儲存這個編碼。例如“漢”字的UCS編碼是6C49,我可以用4個ascii數字來傳輸、儲存這個編碼;也可以用utf-8編碼:3個連續的位元組E6 B189來表示它。關鍵在於通訊雙方都要認可。UTF-8、UTF-7、UTF-16都是被廣泛接受的方案。UTF-8的一個特別的好處是它與ISO-8859-1完全相容。UTF是“UCS Transformation Format”的縮寫。
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。
2.1、內碼和code page
目前Windows的核心已經支援Unicode字元集,這樣在核心上可以支援全世界所有的語言文字。但是由於現有的大配量序和文檔都採用了某種特定語言的編碼,例如GBK,Windows不可能不支援現有的編碼,而全部改用Unicode。
Windows使用字碼頁(code page)來適應各個國家和地區。code page可以被理解為前面提到的內碼。GBK對應的code page是CP936。
微軟也為GB18030定義了code page:CP54936。但是由於GB18030有一部分4位元組編碼,而Windows的字碼頁只支援單位元組和雙位元組編碼,所以這個code page是無法真正使用的。
3、UCS-2、UCS-4、BMP
UCS有兩種格式:UCS-2和UCS-4。顧名思義,UCS-2就是用兩個位元組編碼,UCS-4就是用4個位元組(實際上只用了31位,最高位必須為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根據最高位為0的最高位元組分成2^7=128個group。每個group再根據次高位元組分為256個plane。每個plane根據第3個位元組分為256行 (rows),每行包含256個cells。當然同一行的cells只是最後一個位元組不同,其餘都相同。
group 0的plane 0被稱作Basic Multilingual Plane, 即BMP。或者說UCS-4中,高兩個位元組為0的碼位被稱作BMP。
將UCS-4的BMP去掉前面的兩個零位元組就得到了UCS-2。在UCS-2的兩個位元組前加上兩個零位元組,就得到了UCS-4的BMP。而目前的UCS-4規範中還沒有任何字元被分配在BMP之外。
4、UTF編碼
UTF-8就是以8位為單元對UCS進行編碼。從UCS-2到UTF-8的編碼方式如下:
UCS-2編碼(16進位) UTF-8 位元組流(二進位)
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位元組模板了:1110xxxx 10xxxxxx10xxxxxx。將6C49寫成二進位是:0110 110001 001001, 用這個位元流依次代替模板中的x,得到:1110011010110001 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。需要注意,UltraEdit在開啟utf-8編碼的文字檔時會自動轉換為UTF-16,可能產生混淆。你可以在設定中關掉這個選項。更好的工具是Hex Workshop。
UTF-16以16位為單元對UCS進行編碼。對於小於0x10000的UCS碼,UTF-16編碼就等於UCS碼對應的16位不帶正負號的整數。對於不小於0x10000的UCS碼,定義了一個演算法。不過由於實際使用的UCS2,或者UCS4的BMP必然小於0x10000,所以就目前而言,可以認為UTF-16和UCS-2基本相同。但UCS-2隻是一個編碼方案,UTF-16卻要用於實際的傳輸,所以就不得不考慮位元組序的問題。
5、UTF的位元組序和BOM
UTF-8以位元組為編碼單元,沒有位元組序的問題。UTF-16以兩個位元組為編碼單元,在解釋一個UTF-16文本前,首先要弄清楚每個編碼單元的位元組序。例如“奎”的Unicode編碼是594E,“乙”的Unicode編碼是4E59。如果我們收到UTF-16位元組流“594E”,那麼這是“奎”還是“乙”?
Unicode規範中推薦的標記位元組順序的方法是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-BREAKSPACE"的字元,它的編碼是FEFF。而FFFE在UCS中是不存在的字元,所以不應該出現在實際傳輸中。UCS規範建議我們在傳輸位元組流前,先傳輸字元"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"。
這樣如果接收者收到FEFF,就表明這個位元組流是Big-Endian的;如果收到FFFE,就表明這個位元組流是Little-Endian的。因此字元"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"又被稱作BOM。
UTF-8不需要BOM來表明位元組順序,但可以用BOM來表明編碼方式。字元"ZERO WIDTH NO-BREAKSPACE"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 BBBF開頭的位元組流,就知道這是UTF-8編碼了。
Windows就是使用BOM來標記文字檔的編碼方式的。
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,不過因為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)
我寫過UTF-8、UCS-2、GBK相互轉換的軟體包,包括使用Windows API和不使用Windows API的版本。以後有時間的話,我會整理一下放到我的個人首頁上(http://fmddlmyy.home4u.china.com)。
我是想清楚所有問題後才開始寫這篇文章的,原以為一會兒就能寫好。沒想到考慮措辭和查證細節花費了很長時間,竟然從下午1:30寫到9:00。希望有讀者能從中受益。
附錄1 再說說區位碼、GB2312、內碼和字碼頁
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,需要在高位元組和低位元組上分別加上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 資訊交換用漢字編碼字元集 基本集 GB2312-80》。這個標準用兩個數來編碼漢字和中文符號。第一個數稱為“區”,第二個數稱為“位”。所以也稱為區位碼。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IME,例如輸入1601得到“啊”。(這個區位IME可以自動識別16進位的GB2312和10進位的區位碼,也就是說輸入B0A1同樣會得到“啊”。)
內碼是指作業系統內部的字元編碼。早期作業系統的內碼是與語言相關的。現在的Windows在系統內部支援Unicode,然後用字碼頁適應各種語言,“內碼”的概念就比較模糊了。微軟一般將預設字碼頁指定的編碼說成是內碼。
內碼這個詞彙,並沒有什麼官方的定義,字碼頁也只是微軟這個公司的叫法。作為程式員,我們只要知道它們是什麼東西,沒有必要過多地考證這些名詞。
所謂字碼頁(code page)就是針對一種語言文字的字元編碼。例如GBK的code page是CP936,BIG5的code page是CP950,GB2312的code page是CP20936。
Windows中有預設字碼頁的概念,即預設用什麼編碼來解釋字元。例如Windows的記事本開啟了一個文字檔,裡面的內容是位元組流: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元,也可能找到錯誤的字元。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按照當前的預設字碼頁去解釋文字檔裡的位元組流。預設字碼頁可以通過控制台的地區選項設定。記事本的另存新檔中有一項ANSI,其實就是按照預設字碼頁的編碼方法儲存。
Windows的內碼是Unicode,它在技術上可以同時支援多個字碼頁。只要檔案能說明自己使用什麼編碼,使用者又安裝了對應的字碼頁,Windows就能正確顯示,例如在HTML檔案中就可以指定charset。
有的HTML檔案作者,特別是英文作者,認為世界上所有人都使用英文,在檔案中不指定charset。如果他使用了0x80-0xff之間的字元,中文Windows又按照預設的GBK去解釋,就會出現亂碼。這時只要在這個html檔案中加上指定charset的語句,例如:<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=ISO8859-1">
如果原作者使用的字碼頁和ISO8859-1相容,就不會出現亂碼了。
再說區位碼,啊的區位碼是1601,寫成16進位是0x10,0x01。這和電腦廣泛使用的ASCII編碼衝突。為了相容00-7f的ASCII編碼,我們在區位碼的高、低位元組上分別加上A0。這樣“啊”的編碼就成為B0A1。我們將加過兩個A0的編碼也稱為GB2312編碼,雖然GB2312的原文根本沒提到這一點。