計算機編碼格式總結

2021-09-24 20:59:43 字數 3195 閱讀 5956

1.ascii

我們知道,計算機內部,所有資訊最終都是乙個二進位制值。每乙個二進位制位(bit)有0和1兩種狀態,因此八個二進位制位就可以組合出256種狀態,這被稱為乙個位元組(byte)。也就是說,乙個位元組一共可以用來表示256種不同的狀態,每乙個狀態對應乙個符號,就是256個符號,從00000000到11111111。

上個世紀60年代,美國制定了一套字元編碼,對英語字元與二進位制位之間的關係,做了統一規定。這被稱為 ascii 碼,一直沿用至今。

ascii 碼一共規定了128個字元的編碼,比如空格space是32(二進位制00100000),大寫的字母a是65(二進位制01000001)。這128個符號(包括32個不能列印出來的控制符號),只占用了乙個位元組的後面7位,最前面的一位統一規定為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 碼表示。於是,一些歐洲國家就決定,利用位元組中閒置的最高位編入新的符號。比如,法語中的é的編碼為130(二進位制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,這裡又出現了新的問題。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乙個符號。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。乙個位元組只能表示256種符號,肯定是不夠的,就必須使用多個位元組表達乙個符號。比如,簡體中文常見的編碼方式是 gb2312,使用兩個位元組表示乙個漢字,所以理論上最多可以表示 256 x 256 = 65536 個符號

3.unicode

正如上一節所說,世界上存在著多種編碼方式,同乙個二進位制數字可以被解釋成不同的符號。因此,要想開啟乙個文字檔案,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。為什麼電子郵件常常出現亂碼?就是因為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。每乙個符號都給予乙個獨一無二的編碼,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 當然是乙個很大的集合,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。

unicode的問題

需要注意的是,unicode 只是乙個符號集,它只規定了符號的二進位制**,卻沒有規定這個二進位制**應該如何儲存。

比如,漢字嚴的 unicode 是十六進製制數4e25,轉換成二進位制數足足有15位(100111000100101),也就是說,這個符號的表示至少需要2個位元組。表示其他更大的符號,可能需要3個位元組或者4個位元組,甚至更多。

這裡就有兩個嚴重的問題,第乙個問題是,如何才能區別 unicode 和 ascii ?計算機怎麼知道三個位元組表示乙個符號,而不是分別表示三個符號呢?第二個問題是,我們已經知道,英文本母只用乙個位元組表示就夠了,如果 unicode 統一規定,每個符號用三個或四個位元組表示,那麼每個英文本母前都必然有二到三個位元組是0,這對於儲存來說是極大的浪費,文字檔案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 的多種儲存方式,也就是說有許多種不同的二進位制格式,可以用來表示 unicode。2)unicode 在很長一段時間內無法推廣,直到網際網路的出現。

4.utf-8

網際網路的普及,強烈要求出現一種統一的編碼方式。utf-8 就是在網際網路上使用最廣的一種 unicode 的實現方式。其他實現方式還包括 utf-16(字元用兩個位元組或四個位元組表示)和 utf-32(字元用四個位元組表示),不過在網際網路上基本不用。重複一遍,這裡的關係是,utf-8 是 unicode 的實現方式之一。

utf-8 最大的乙個特點,就是它是一種變長的編碼方式。它可以使用1~4個位元組表示乙個符號,根據不同的符號而變化位元組長度。

utf-8 的編碼規則很簡單,只有二條:

1)對於單位元組的符號,位元組的第一位設為0,後面7位為這個符號的 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位元組的符號(n > 1),第乙個位元組的前n位都設為1,第n + 1位設為0,後面位元組的前兩位一律設為10。剩下的沒有提及的二進位制位,全部為這個符號的 unicode 碼。

下表總結了編碼規則,字母x表示可用編碼的位。

根據上表,解讀 utf-8 編碼非常簡單。如果乙個位元組的第一位是0,則這個位元組單獨就是乙個字元;如果第一位是1,則連續有多少個1,就表示當前字元占用多少個位元組。

下面,還是以漢字嚴為例,演示如何實現 utf-8 編碼。

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 編碼需要三個位元組,即格式是1110***x 10****** 10******。然後,從嚴的最後乙個二進位制位開始,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,轉換成十六進製制就是e4b8a5

5.例項

下面,舉乙個例項。

開啟"記事本"程式notepad.exe,新建乙個文字檔案,內容就是乙個嚴字,依次採用ansi,unicode,unicode big endian和utf-8編碼方式儲存。

然後,用文字編輯軟體ultraedit 中的"十六進製制功能",觀察該檔案的內部編碼方式。

1)ansi:檔案的編碼就是兩個位元組d1 cf,這正是嚴的 gb2312 編碼,這也暗示 gb2312 是採用大頭方式儲存的。

2)unicode:編碼是四個位元組ff fe 25 4e,其中ff fe表明是小頭方式儲存,真正的編碼是4e25。

3)unicode big endian:編碼是四個位元組fe ff 4e 25,其中fe ff表明是大頭方式儲存。

4)utf-8:編碼是六個位元組ef bb bf e4 b8 a5,前三個位元組ef bb bf表示這是utf-8編碼,後三個e4b8a5就是嚴的具體編碼,它的儲存順序與編碼順序是一致的。

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