先從ASCII說起。ASCII是用來表示英文字符的一種編碼規(guī)范，每個(gè)ASCII字符占用1個(gè)字節(jié)（8bits）

　　因此，ASCII編碼可以表示的最大字符數(shù)是256，其實(shí)英文字符并沒有那么多，一般只用前128個(gè)（最高位為0），其中包括了控制字符、數(shù)字、大小寫字母和其他一些符號(hào)
。

　　而最高位為1的另128個(gè)字符被成為“擴(kuò)展ASCII”，一般用來存放英文的制表符、部分音標(biāo)字符等等的一些其他符號(hào)，這種字符編碼規(guī)范顯然用來處理英文沒有什么問題。（實(shí)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(duì)中文、阿拉伯文之類復(fù)雜的文字，255個(gè)字符顯然不夠用

　　于是，各個(gè)國(guó)家紛紛制定了自己的文字編碼規(guī)范，其中中文的文字編碼規(guī)范叫做“GB2312-80”，它是和ASCII兼容的一種編碼規(guī)范，其實(shí)就是利用擴(kuò)展ASCII沒有真正標(biāo)準(zhǔn)化這一點(diǎn)，把一個(gè)中文字符用兩個(gè)擴(kuò)展ASCII字符來表示。

　　但是這個(gè)方法有問題，最大的問題就是，中文文字沒有真正屬于自己的編碼，因?yàn)閿U(kuò)展ASCII碼雖然沒有真正的標(biāo)準(zhǔn)化，但是PC里的ASCII碼還是有一個(gè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的（存放著英文制表符），所以很多軟件利用這些符號(hào)來畫表格。這樣的軟件用到中文系統(tǒng)中，這些表格符就會(huì)被誤認(rèn)作中文字，破壞版面。而且，統(tǒng)計(jì)中英文混合字符串中的字?jǐn)?shù)，也是比較復(fù)雜的，我們必須判斷一個(gè)ASCII碼是否擴(kuò)展，以及它的下一個(gè)ASCII是否擴(kuò)展，然后才“猜”那可能是一個(gè)中文字
。

　　總之當(dāng)時(shí)處理中文是很痛苦的。而更痛苦的是GB2312是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，臺(tái)灣當(dāng)時(shí)有一個(gè)Big5編碼標(biāo)準(zhǔn)，很多編碼和GB是相同的，所以……，嘿嘿。

　　這時(shí)候，我們就知道，要真正解決中文問題，不能從擴(kuò)展ASCII的角度入手，也不能僅靠中國(guó)一家來解決。而必須有一個(gè)全新的編碼系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)要可以將中文、英文、法文、德文……等等所有的文字統(tǒng)一起來考慮，為每個(gè)文字都分配一個(gè)單獨(dú)的編碼，這樣才不會(huì)有上面那種現(xiàn)象出現(xiàn)。

　　于是，Unicode誕生了。

　　Unicode有兩套標(biāo)準(zhǔn)，一套叫UCS-2(Unicode-16)，用2個(gè)字節(jié)為字符編碼，另一套叫UCS-4(Unicode-32)，用4個(gè)字節(jié)為字符編碼。

　　以目前常用的UCS-2為例，它可以表示的字符數(shù)為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的問題后面會(huì)提到 。

　　在Unicode里，所有的字符被一視同仁。漢字不再使用“兩個(gè)擴(kuò)展ASCII”，而是使用“1個(gè)Unicode”，注意，現(xiàn)在的漢字是“一個(gè)字符”了，于是，拆字、統(tǒng)計(jì)字?jǐn)?shù)這些問題也就自然而然的解決了
。

　　但是，這個(gè)世界不是理想的，不可能在一夜之間所有的系統(tǒng)都使用Unicode來處理字符，所以Unicode在誕生之日，就必須考慮一個(gè)嚴(yán)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(gè)字節(jié)的，比如“A”的ASCII是65。而Unicode是雙字節(jié)的，比如“A”的Unicode是0065，這就造成了一個(gè)非常大的問題：以前處理ASCII的那套機(jī)制不能被用來處理Unicode了
。

　　另一個(gè)更加嚴(yán)重的問題是，C語言使用'\0'作為字符串結(jié)尾，而Unicode里恰恰有很多字符都有一個(gè)字節(jié)為0，這樣一來，C語言的字符串函數(shù)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(shù)庫(kù)全部換掉
。

　　于是，比Unicode更偉大的東東誕生了，之所以說它更偉大是因?yàn)樗孶nicode不再存在于紙上，而是真實(shí)的存在于我們大家的電腦中。那就是：UTF。

　　UTF= UCS Transformation Format UCS轉(zhuǎn)換格式，它是將Unicode編碼規(guī)則和計(jì)算機(jī)的實(shí)際編碼對(duì)應(yīng)起來的一個(gè)規(guī)則。現(xiàn)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(guī)范是一致的，這里不多說了。而UTF-8不同，它定義了一種“區(qū)間規(guī)則”，這種規(guī)則可以和ASCII編碼保持最大程度的兼容
。

　　UTF-8有點(diǎn)類似于Haffman編碼，它將Unicode編碼為00000000-0000007F的字符，用單個(gè)字節(jié)來表示；

　　　　00000080-000007FF的字符用兩個(gè)字節(jié)表示

　　　　00000800-0000FFFF的字符用3字節(jié)表示

　　因?yàn)槟壳盀橹筓nicode-16規(guī)范沒有指定FFFF以上的字符，所以UTF-8最多是使用3個(gè)字節(jié)來表示一個(gè)字符。但理論上來說，UTF-8最多需要用6字節(jié)表示一個(gè)字符。

　　在UTF-8里，英文字符仍然跟ASCII編碼一樣，因此原先的函數(shù)庫(kù)可以繼續(xù)使用。而中文的編碼范圍是在0080-07FF之間，因此是2個(gè)字節(jié)表示（但這兩個(gè)字節(jié)和GB編碼的兩個(gè)字節(jié)是不同的），用專門的Unicode處理類可以對(duì)UTF編碼進(jìn)行處理。

　　下面說說中文的問題。

　　由于歷史的原因，在Unicode之前，一共存在過3套中文編碼標(biāo)準(zhǔn)。

　　GB2312-80，是中國(guó)大陸使用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中一共編碼了6763個(gè)常用簡(jiǎn)體漢字。Big5，是臺(tái)灣使用的編碼標(biāo)準(zhǔn)，編碼了臺(tái)灣使用的繁體漢字，大概有8千多個(gè)。HKSCS，是中國(guó)香港使用的編碼標(biāo)準(zhǔn)，字體也是繁體，但跟Big5有所不同。

　　這3套編碼標(biāo)準(zhǔn)都采用了兩個(gè)擴(kuò)展ASCII的方法，因此，幾套編碼互不兼容，而且編碼區(qū)間也各有不同

　　因?yàn)槠洳患嫒菪裕谕粋€(gè)系統(tǒng)中同時(shí)顯示GB和Big5基本上是不可能的。當(dāng)時(shí)的南極星、RichWin等等軟件，在自動(dòng)識(shí)別中文編碼、自動(dòng)顯示正確編碼方面都做了很多努力。

　　他們用了怎樣的技術(shù)我就不得而知了，我知道好像南極星曾經(jīng)以同屏顯示繁簡(jiǎn)中文為賣點(diǎn)。

　　后來，由于各方面的原因，國(guó)際上又制定了針對(duì)中文的統(tǒng)一字符集GBK和GB18030，其中GBK已經(jīng)在Windows、Linux等多種操作系統(tǒng)中被實(shí)現(xiàn)。

　　GBK兼容GB2312，并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(dāng)于是GBK的超集，比GBK包含的字符更多。據(jù)我所知目前還沒有操作系統(tǒng)直接支持GB18030。

　　談?wù)刄nicode編碼，簡(jiǎn)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松地了解一些原來不清楚的概念，增進(jìn)知識(shí)，類似于打RPG游戲的升級(jí)。整理這篇文章的動(dòng)機(jī)是兩個(gè)問題：

　　問題一：
　　使用Windows記事本的“另存為”，可以在GBK、Unicode、Unicode big
endian和UTF-8這幾種編碼方式間相互轉(zhuǎn)換。同樣是txt文件，Windows是怎樣識(shí)別編碼方式的呢？

　　我很早前就發(fā)現(xiàn)Unicode、Unicode big endian和UTF-8編碼的txt文件的開頭會(huì)多出幾個(gè)字節(jié)，分別是FF、FE（Unicode）,FE、FF（Unicode big endian）,EF、BB、BF（UTF-8）。但這些標(biāo)記是基于什么標(biāo)準(zhǔn)呢？

　　問題二：
　　最近在網(wǎng)上看到一個(gè)ConvertUTF.c，實(shí)現(xiàn)了UTF-32、UTF-16和UTF-8這三種編碼方式的相互轉(zhuǎn)換。對(duì)于Unicode(UCS2)、GBK、UTF-8這些編碼方式，我原來就了解。但這個(gè)程序讓我有些糊涂，想不起來UTF-16和UCS2有什么關(guān)系。
查了查相關(guān)資料，總算將這些問題弄清楚了，順帶也了解了一些Unicode的細(xì)節(jié)。寫成一篇文章，送給有過類似疑問的朋友。本文在寫作時(shí)盡量做到通俗易懂，但要求讀者知道什么是字節(jié)，什么是十六進(jìn)制。

　　0、big endian和little endian
　　big endian和little
　　endian是CPU處理多字節(jié)數(shù)的不同方式。例如“漢”字的Unicode編碼是6C49。那么寫到文件里時(shí)，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(gè)詞出自《格列佛游記》。小人國(guó)的內(nèi)戰(zhàn)就源于吃雞蛋時(shí)是究竟從大頭(Big-Endian)敲開還是從小頭(Little-Endian)敲開，由此曾發(fā)生過六次叛亂，其中一個(gè)皇帝送了命，另一個(gè)丟了王位。

　　我們一般將endian翻譯成“字節(jié)序”，將big endian和little endian稱作“大尾”和“小尾”。

　　1、字符編碼、內(nèi)碼，順帶介紹漢字編碼
字符必須編碼后才能被計(jì)算機(jī)處理。計(jì)算機(jī)使用的缺省編碼方式就是計(jì)算機(jī)的內(nèi)碼。早期的計(jì)算機(jī)使用7位的ASCII編碼，為了處理漢字，程序員設(shè)計(jì)了用于簡(jiǎn)體中文的GB2312和用于繁體中文的big5。

　　GB2312(1980年)一共收錄了7445個(gè)字符，包括6763個(gè)漢字和682個(gè)其它符號(hào)。漢字區(qū)的內(nèi)碼范圍高字節(jié)從B0-F7，低字節(jié)從A1-FE，占用的碼位是72*94=6768。其中有5個(gè)空位是D7FA-D7FE。

　　GB2312支持的漢字太少。1995年的漢字?jǐn)U展規(guī)范GBK1.0收錄了21886個(gè)符號(hào)，它分為漢字區(qū)和圖形符號(hào)區(qū)。漢字區(qū)包括21003個(gè)字符。2000年的GB18030是取代GBK1.0的正式國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)收錄了27484個(gè)漢字，同時(shí)還收錄了藏文、蒙文、維吾爾文等主要的少數(shù)民族文字。現(xiàn)在的PC平臺(tái)必須支持GB18030，對(duì)嵌入式產(chǎn)品暫不作要求。所以手機(jī)、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(gè)字符在這些方案中總是有相同的編碼，后面的標(biāo)準(zhǔn)支持更多的字符。在這些編碼中，英文和中文可以統(tǒng)一地處理。區(qū)分中文編碼的方法是高字節(jié)的最高位不為0。按照程序員的稱呼，GB2312、GBK到GB18030都屬于雙字節(jié)字符集
(DBCS)。

　　有的中文Windows的缺省內(nèi)碼還是GBK，可以通過GB18030升級(jí)包升級(jí)到GB18030。不過GB18030相對(duì)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(nèi)碼。

　　這里還有一些細(xì)節(jié)：

　　GB2312的原文還是區(qū)位碼，從區(qū)位碼到內(nèi)碼，需要在高字節(jié)和低字節(jié)上分別加上A0。

　　在DBCS中，GB內(nèi)碼的存儲(chǔ)格式始終是big endian，即高位在前。

　　GB2312的兩個(gè)字節(jié)的最高位都是1。但符合這個(gè)條件的碼位只有128*128=16384個(gè)。所以GBK和GB18030的低字節(jié)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(shí)，只要遇到高位為1的字節(jié)，就可以將下兩個(gè)字節(jié)作為一個(gè)雙字節(jié)編碼，而不用管低字節(jié)的高位是什么。

　　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(zhǔn)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(guó)際組織設(shè)計(jì)，可以容納全世界所有語言文字的編碼方案。Unicode的學(xué)名"Universal
　　Multiple-Octet Coded Character Set"，簡(jiǎn)稱為UCS。UCS可以看作是"Unicode Character Set"的縮寫。

　　根據(jù)維基百科全書(http://zh.wikipedia.org/wiki/)的記載：歷史上存在兩個(gè)試圖獨(dú)立設(shè)計(jì)Unicode的組織，即國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和一個(gè)軟件制造商的協(xié)會(huì)（unicode.org）。ISO開發(fā)了ISO
10646項(xiàng)目，Unicode協(xié)會(huì)開發(fā)了Unicode項(xiàng)目。

　　在1991年前后，雙方都認(rèn)識(shí)到世界不需要兩個(gè)不兼容的字符集。于是它們開始合并雙方的工作成果，并為創(chuàng)立一個(gè)單一編碼表而協(xié)同工作。從Unicode2.0開始，Unicode項(xiàng)目采用了與ISO
10646-1相同的字庫(kù)和字碼。

　　目前兩個(gè)項(xiàng)目仍都存在，并獨(dú)立地公布各自的標(biāo)準(zhǔn)。Unicode協(xié)會(huì)現(xiàn)在的最新版本是2005年的Unicode
4.1.0。ISO的最新標(biāo)準(zhǔn)是10646-3:2003。

　　UCS規(guī)定了怎么用多個(gè)字節(jié)表示各種文字。怎樣傳輸這些編碼，是由UTF(UCS Transformation Format)規(guī)范規(guī)定的，常見的UTF規(guī)范包括UTF-8、UTF-7、UTF-16。

　　IETF的RFC2781和RFC3629以RFC的一貫風(fēng)格，清晰、明快又不失嚴(yán)謹(jǐn)?shù)孛枋隽薝TF-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I(xiàn)ETF負(fù)責(zé)維護(hù)的RFC是Internet上一切規(guī)范的基礎(chǔ)。

　　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(gè)字節(jié)編碼，UCS-4就是用4個(gè)字節(jié)（實(shí)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(jiǎn)單的數(shù)學(xué)游戲：

　　UCS-2有2^16=65536個(gè)碼位，UCS-4有2^31=2147483648個(gè)碼位。

　　UCS-4根據(jù)最高位為0的最高字節(jié)分成2^7=128個(gè)group。每個(gè)group再根據(jù)次高字節(jié)分為256個(gè)plane。每個(gè)plane根據(jù)第3個(gè)字節(jié)分為256行 (rows)，每行包含256個(gè)cells。當(dāng)然同一行的cells只是最后一個(gè)字節(jié)不同，其余都相同。

　　group 0的plane 0被稱作Basic Multilingual Plane, 即BMP。或者說UCS-4中，高兩個(gè)字節(jié)為0的碼位被稱作BMP。
將UCS-4的BMP去掉前面的兩個(gè)零字節(jié)就得到了UCS-2。在UCS-2的兩個(gè)字節(jié)前加上兩個(gè)零字節(jié)，就得到了UCS-4的BMP。而目前的UCS-4規(guī)范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位為單元對(duì)UCS進(jìn)行編碼。從UCS-2到UTF-8的編碼方式如下：

　　UCS-2編碼(16進(jìn)制) UTF-8 字節(jié)流(二進(jìn)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(jié)模板了：1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。將6C49寫成二進(jìn)制是：0110 110001 001001， 用這個(gè)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(cè)試一下我們的編碼是否正確。

　　UTF-16以16位為單元對(duì)UCS進(jìn)行編碼。對(duì)于小于0x10000的UCS碼，UTF-16編碼就等于UCS碼對(duì)應(yīng)的16位無符號(hào)整數(shù)。對(duì)于不小于0x10000的UCS碼，定義了一個(gè)算法。不過由于實(shí)際使用的UCS2，或者UCS4的BMP必然小于0x10000，所以就目前而言，可以認(rèn)為UTF-16和UCS-2基本相同。但UCS-2只是一個(gè)編碼方案，UTF-16卻要用于實(shí)際的傳輸，所以就不得不考慮字節(jié)序的問題。

　　5、UTF的字節(jié)序和BOM
　　UTF-8以字節(jié)為編碼單元，沒有字節(jié)序的問題。UTF-16以兩個(gè)字節(jié)為編碼單元，在解釋一個(gè)UTF-16文本前，首先要弄清楚每個(gè)編碼單元的字節(jié)序。例如收到一個(gè)“奎”的Unicode編碼是594E，“乙”的Unicode編碼是4E59。如果我們收到UTF-16字節(jié)流“594E”，那么這是“奎”還是“乙”？

　　Unicode規(guī)范中推薦的標(biāo)記字節(jié)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(gè)有點(diǎn)小聰明的想法：

　　在UCS編碼中有一個(gè)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(yīng)該出現(xiàn)在實(shí)際傳輸中。UCS規(guī)范建議我們?cè)趥鬏斪止?jié)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(gè)字節(jié)流是Big-Endian的；如果收到FFFE，就表明這個(gè)字節(jié)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(jié)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(yàn)證一下）。所以如果接收者收到以EF BB
BF開頭的字節(jié)流，就知道這是UTF-8編碼了。

　　Windows就是使用BOM來標(biāo)記文本文件的編碼方式的。

　　6、進(jìn)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(cuò)的資料，不過因?yàn)槲议_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)