最近一直在忙點私活，又好久沒寫blog了，再不寫點的話二月份就又要以單篇文章結束了。前一陣子一直在研究Unicode，索性把研究結果介紹一下吧。

可能大家都聽說過 Unicode、UCS-2、UTF-8 等等詞匯，但它們具體是什么意思，是什么原理，之間有什么關系，恐怕就很少有人明白了。下面就分別介紹一下它們。

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基本知識

介紹Unicode之前，首先要講解一些基礎知識。雖然跟Unicode沒有直接的關系，但想弄明白Unicode，沒這些還真不行。

字節和字符的區別

咦，字節和字符能有什么區別啊？不都是一樣的嗎？完全正確，但只是在古老的DOS時代。當Unicode出現后，字節和字符就不一樣了。

字節（octet）是一個八位的存儲單元，取值范圍一定是0～255。而字符（character，或者word）為語言意義上的符號，范圍就不一定了。例如在UCS-2中定義的字符范圍為0～65535，它的一個字符占用兩個字節。

Big Endian和Little Endian

上面提到了一個字符可能占用多個字節，那么這多個字節在計算機中如何存儲呢？比如字符0xabcd，它的存儲格式到底是 AB CD，還是 CD AB 呢？

實際上兩者都有可能，并分別有不同的名字。如果存儲為 AB CD，則稱為 Big Endian ；如果存儲為 CD AB，則稱為 Little Endian 。

具體來說，以下這種存儲格式為Big Endian，因為值(0xabcd)的高位(0xab)存儲在前面：

相反，以下這種存儲格式為Little Endian：

UCS-2和UCS-4

Unicode是為整合全世界的所有語言文字而誕生的。任何文字在Unicode中都對應一個值，這個值稱為 代碼點 （code point）。代碼點的值通常寫成 U+ABCD 的格式。而文字和代碼點之間的對應關系就是 UCS-2 （Universal Character Set coded in 2 octets）。顧名思義，UCS-2是用兩個字節來表示代碼點，其取值范圍為 U+0000～U+FFFF。

為了能表示更多的文字，人們又提出了UCS-4，即用四個字節表示代碼點。它的范圍為 U+00000000～U+7FFFFFFF，其中 U+00000000～U+0000FFFF和UCS-2是一樣的。

要注意，UCS-2和UCS-4只規定了代碼點和文字之間的對應關系，并沒有規定代碼點在計算機中如何存儲。規定存儲方式的稱為 UTF （Unicode Transformation Format），其中應用較多的就是UTF-16和UTF-8了。

UTF-16和UTF-32

UTF-16

UTF-16由 RFC2781 規定，它使用兩個字節來表示一個代碼點。

不難猜到，UTF-16是完全對應于UCS-2的，即把UCS-2規定的代碼點通過Big Endian或Little Endian方式直接保存下來。UTF-16包括三種：UTF-16，UTF-16BE（Big Endian），UTF-16LE（Little Endian）。

UTF-16BE和UTF-16LE不難理解，而UTF-16就需要通過在文件開頭以名為BOM（Byte Order Mark）的字符來表明文件是Big Endian還是Little Endian。BOM為U+FEFF這個字符。

其實BOM是個小聰明的想法。由于UCS-2沒有定義U+FFFE，因此只要出現 FF FE 或者 FE FF 這樣的字節序列，就可以認為它是U+FEFF，并且可以判斷出是Big Endian還是Little Endian。

舉個例子。“ABC”這三個字符用各種方式編碼后的結果如下：

Windows平臺下默認的Unicode編碼為Little Endian的UTF-16（即上述的 FF FE 41 00 42 00 43 00）。你可以打開記事本，寫上ABC，然后保存，再用二進制編輯器看看它的編碼結果。

另外，UTF-16還能表示一部分的UCS-4代碼點——U+10000～U+10FFFF。表示算法比較復雜，簡單說明如下：

1. 從代碼點U中減去0x10000，得到U'。這樣U+10000～U+10FFFF就變成了 0x00000～0xFFFFF。
2. 用20位二進制數表示U'。 U'=yyyyyyyyyyxxxxxxxxxx
3. 將前10位和后10位用W1和W2表示，W1=110110yyyyyyyyyy，W2=110111xxxxxxxxxx，則 W1 = D800～DBFF，W2 = DC00～DFFF。

例如，U+12345表示為 D8 08 DF 45（UTF-16BE），或者08 D8 45 DF（UTF-16LE）。

但是由于這種算法的存在，造成UCS-2中的 U+D800～U+DFFF 變成了無定義的字符。

UTF-32

UTF-32用四個字節表示代碼點，這樣就可以完全表示UCS-4的所有代碼點，而無需像UTF-16那樣使用復雜的算法。與UTF-16類似，UTF-32也包括UTF-32、UTF-32BE、UTF-32LE三種編碼，UTF-32也同樣需要BOM字符。僅用'ABC'舉例：

UTF-8

UTF-16和UTF-32的一個缺點就是它們固定使用兩個或四個字節，這樣在表示純ASCII文件時會有很多00字節，造成浪費。而 RFC3629 定義的UTF-8則解決了這個問題。

UTF-8用1～4個字節來表示代碼點。表示方式如下：

可見，ASCII字符（U+0000～U+007F）部分完全使用一個字節，避免了存儲空間的浪費。而且UTF-8不再需要BOM字節。

另外，從上表中可以看出，單字節編碼的第一字節為[00-7F]，雙字節編碼的第一字節為[C2-DF]，三字節編碼的第一字節為[E0-EF]。這樣只要看到第一個字節的范圍就可以知道編碼的字節數。這樣也可以大大簡化算法。

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Unicode詳解