python encode和decode函数说明

字符串编码常用类型:utf-8,gb2312,cp936,gbk等。

python中,我们使用decode()和encode()来进行解码和编码

在python中,使用unicode类型作为编码的基础类型。即

     decode              encode

str ---------> unicode --------->str

u = u'中文' #显示指定unicode类型对象u
str = u.encode('gb2312') #以gb2312编码对unicode对像进行编码
str1 = u.encode('gbk')
#以gbk编码对unicode对像进行编码
str2 = u.encode('utf-8') #以utf-8编码对unicode对像进行编码 u1 = str.decode('gb2312')#以gb2312编码对字符串str进行解码,以获取unicode u2 = str.decode('utf-8')#如果以utf-8的编码对str进行解码得到的结果,将无法还原原来的unicode类型

如上面代码,str\str1\str2均为字符串类型(str),给字符串操作带来较大的复杂性。

好消息来了,对,那就是python3,在新版本的python3中,取消了unicode类型,代替它的是使用unicode字符的字符串类型(str),字符串类型(str)成为基础类型如下所示,而编码后的变为了字节类型(bytes)但是两个函数的使用方法不变:

     decode              encode

bytes ------> str(unicode)------>bytes

u = '中文' #指定字符串类型对象u
str = u.encode('gb2312') #以gb2312编码对u进行编码,获得bytes类型对象str
u1 = str.decode('gb2312')#以gb2312编码对字符串str进行解码,获得字符串类型对象u1
u2 = str.decode('utf-8')#如果以utf-8的编码对str进行解码得到的结果,将无法还原原来的字符串内容

避免不了的是,文件读取问题:

假如我们读取一个文件,文件保存时,使用的编码格式,决定了我们从文件读取的内容的编码格式,例如,我们从记事本新建一个文本文件test.txt, 编辑内容,保存的时候注意,编码格式是可以选择的,例如我们可以选择gb2312,那么使用python读取文件内容,方式如下:

f = open('test.txt','r')
s = f.read() #读取文件内容,如果是不识别的encoding格式(识别的encoding类型跟使用的系统有关),这里将读取失败
'''假设文件保存时以gb2312编码保存'''
u = s.decode('gb2312') #以文件保存格式对内容进行解码,获得unicode字符串
'''下面我们就可以对内容进行各种编码的转换了'''
str = u.encode('utf-8')#转换为utf-8编码的字符串str
str1 = u.encode('gbk')#转换为gbk编码的字符串str1
str1 = u.encode('utf-16')#转换为utf-16编码的字符串str1

python给我们提供了一个包codecs进行文件的读取,这个包中的open()函数可以指定编码的类型:

import codecs
f = codecs.open('text.text','r+',encoding='utf-8')#必须事先知道文件的编码格式,这里文件编码是使用的utf-8
content = f.read()#如果open时使用的encoding和文件本身的encoding不一致的话,那么这里将将会产生错误
f.write('你想要写入的信息')
f.close()

知识点:编码格式,下面放一下,文件编码的格式介绍(转来的):

文件编码格式

从文件编码的方式来看,文件可分为ASCII码文件和二进制码文件两种。

ASCII文件也称为文本文件,这种文件在磁盘中存放时每个字符对应一个字节,用于存放对应的ASCII码。例如,数5678的存储形式为:
ASC码:  00110101 00110110 00110111 00111000
     ↓     ↓    ↓    ↓
十进制码: 5     6    7    8 共占用4个字节。ASCII码文件可在屏幕上按字符显示, 例如源程序文件就是ASCII文件,用DOS命令TYPE可显示文件的内容。 由于是按字符显示,因此能读懂文件内容。

二进制文件是按二进制的编码方式来存放文件的。 例如, 数5678的存储形式为: 00010110 00101110只占二个字节。二进制文件虽然也可在屏幕上显示,但其内容无法读懂。C系统在处理这些文件时,并不区分类型,都看成是字符流,按字节进行 处理。输入输出字符流的开始和结束只由程序控制而不受物理符号(如回车符)的控制。 因此也把这种文件称作“流式文件”。

UCS-2编码(16进制) UTF-8 字节流(二进制)
0000 - 007F 0xxxxxxx
0080 - 07FF 110xxxxx 10xxxxxx
0800 - FFFF 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
问题一:

使用Windows记事本的“另存为”,可以在GBK、Unicode、Unicode big endian和UTF-8这几种编码方式间相互转换。同样是txt文件,Windows是怎样识别编码方式的呢?

我很早前就发现Unicode、Unicode big endian和UTF-8编码的txt文件的开头会多出几个字节,分别是FF、FE(Unicode),FE、FF(Unicode big endian),EF、BB、BF(UTF-8)。但这些标记是基于什么标准呢?

问题二:
最近在网上看到一个ConvertUTF.c,实现了UTF- 32、UTF-16和UTF-8这三种编码方式的相互转换。对于Unicode(UCS2)、 GBK、UTF-8这些编码方式,我原来就了解。但这个程序让我有些糊涂,想不起来UTF-16和UCS2有什么关系。

查了查相关资料,总算将这些问题弄清楚了,顺带也了解了一些Unicode的细节。写成一篇文章,送给有过类似疑问的朋友。本文在写作时尽量做到通俗易懂,但要求读者知道什么是字节,什么是十六进制。

0、big endian和little endian

big endian和little endian是CPU处理多字节数的不同方式。例如“汉”字的Unicode编码是6C49。那么写到文件里时,究竟是将6C写在前面,还是将49写在前 面?如果将6C写在前面,就是big endian。还是将49写在前面,就是little endian。

“endian”这个词出自《格列佛游记》。小人国的内战就源于吃鸡蛋时是究竟从大头(Big-Endian)敲开还是从小头(Little-Endian)敲开,由此曾发生过六次叛乱,其中一个皇帝送了命,另一个丢了王位。

我们一般将endian翻译成“字节序”,将big endian和little endian称作“大尾”和“小尾”。

1、字符编码、内码,顺带介绍汉字编码

字符必须编码后才能被计算机处理。计算机使用的缺省编码方式就是计算机的内码。早期的计算机使用7位的ASCII编码,为了处理汉字,程序员设计了用于简体中文的GB2312和用于繁体中文的big5。

GB2312(1980年)一共收录了7445个字符,包括6763个汉字和682个其它符号。汉字区的内码范围高字节从B0-F7,低字节从A1-FE,占用的码位是72*94=6768。其中有5个空位是D7FA-D7FE。

GB2312 支持的汉字太少。1995年的汉字扩展规范GBK1.0收录了21886个符号,它分为汉字区和图形符号区。汉字区包括21003个字符。2000年的 GB18030是取代GBK1.0的正式国家标准。该标准收录了27484个汉字,同时还收录了藏文、蒙文、维吾尔文等主要的少数民族文字。现在的PC平 台必须支持GB18030,对嵌入式产品暂不作要求。所以手机、MP3一般只支持GB2312。

从ASCII、 GB2312、GBK到GB18030,这些编码方法是向下兼容的,即同一个字符在这些方案中总是有相同的编码,后面的标准支持更多的字符。在这些编码 中,英文和中文可以统一地处理。区分中文编码的方法是高字节的最高位不为0。按照程序员的称呼,GB2312、GBK到GB18030都属于双字节字符集 (DBCS)。

有的中文Windows的缺省内码还是GBK,可以通过GB18030升级包升级到GB18030。不过GB18030相对GBK增加的字符,普通人是很难用到的,通常我们还是用GBK指代中文Windows内码。

这里还有一些细节:

  • GB2312的原文还是区位码,从区位码到内码,需要在高字节和低字节上分别加上A0。

  • 在DBCS中,GB内码的存储格式始终是big endian,即高位在前。

  • GB2312 的两个字节的最高位都是1。但符合这个条件的码位只有128*128=16384个。所以GBK和GB18030的低字节最高位都可能不是1。不过这不影 响DBCS字符流的解析:在读取DBCS字符流时,只要遇到高位为1的字节,就可以将下两个字节作为一个双字节编码,而不用管低字节的高位是什么。

2、Unicode、UCS和UTF

前面提到从ASCII、GB2312、GBK到GB18030的编码方法是向下兼容的。而Unicode只与ASCII兼容(更准确地说,是与ISO-8859-1兼容),与GB码不兼容。例如“汉”字的Unicode编码是6C49,而GB码是BABA。

Unicode 也是一种字符编码方法,不过它是由国际组织设计,可以容纳全世界所有语言文字的编码方案。Unicode的学名是"Universal Multiple-Octet Coded Character Set",简称为UCS。UCS可以看作是"Unicode Character Set"的缩写。

根据维基百科全书(http: //zh.wikipedia.org/wiki/)的记载:历史上存在两个试图独立设计Unicode的组织,即国际标准化组织(ISO)和一个软件制 造商的协会(unicode.org)。ISO开发了ISO 10646项目,Unicode协会开发了Unicode项目。

在1991年前后,双方都认识到世界不需要两个不兼容的字符集。于是它们开始合并双方的工作成果,并为创立一个单一编码表而协同工作。从Unicode2.0开始,Unicode项目采用了与ISO 10646-1相同的字库和字码。

目前两个项目仍都存在,并独立地公布各自的标准。Unicode协会现在的最新版本是2005年的Unicode 4.1.0。ISO的最新标准是10646-3:2003。

UCS规定了怎么用多个字节表示各种文字。怎样传输这些编码,是由UTF(UCS Transformation Format)规范规定的,常见的UTF规范包括UTF-8、UTF-7、UTF-16。

IETF 的RFC2781和RFC3629以RFC的一贯风格,清晰、明快又不失严谨地描述了UTF-16和UTF-8的编码方法。我总是记不得IETF是 Internet Engineering Task Force的缩写。但IETF负责维护的RFC是Internet上一切规范的基础。

3、UCS-2、UCS-4、BMP

UCS有两种格式:UCS-2和UCS-4。顾名思义,UCS-2就是用两个字节编码,UCS-4就是用4个字节(实际上只用了31位,最高位必须为0)编码。下面让我们做一些简单的数学游戏:

UCS-2有2^16=65536个码位,UCS-4有2^31=2147483648个码位。

UCS -4根据最高位为0的最高字节分成2^7=128个group。每个group再根据次高字节分为256个plane。每个plane根据第3个字节分为 256行 (rows),每行包含256个cells。当然同一行的cells只是最后一个字节不同,其余都相同。

group 0的plane 0被称作Basic Multilingual Plane, 即BMP。或者说UCS-4中,高两个字节为0的码位被称作BMP。

将UCS-4的BMP去掉前面的两个零字节就得到了UCS-2。在UCS-2的两个字节前加上两个零字节,就得到了UCS-4的BMP。而目前的UCS-4规范中还没有任何字符被分配在BMP之外。

4、UTF编码

UTF-8就是以8位为单元对UCS进行编码。从UCS-2到UTF-8的编码方式如下:

例如“汉”字的Unicode编码是6C49。6C49在0800-FFFF之间,所以肯定要用3字节模板了:1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。将6C49写成二进制是:0110 110001 001001, 用这个比特流依次代替模板中的x,得到:11100110 10110001 10001001,即E6 B1 89。

读者可以用记事本测试一下我们的编码是否正确。

UTF -16以16位为单元对UCS进行编码。对于小于0x10000的UCS码,UTF-16编码就等于UCS码对应的16位无符号整数。对于不小于 0x10000的UCS码,定义了一个算法。不过由于实际使用的UCS2,或者UCS4的BMP必然小于0x10000,所以就目前而言,可以认为UTF -16和UCS-2基本相同。但UCS-2只是一个编码方案,UTF-16却要用于实际的传输,所以就不得不考虑字节序的问题。

5、UTF的字节序和BOM

UTF -8以字节为编码单元,没有字节序的问题。UTF-16以两个字节为编码单元,在解释一个UTF-16文本前,首先要弄清楚每个编码单元的字节序。例如收 到一个“奎”的Unicode编码是594E,“乙”的Unicode编码是4E59。如果我们收到UTF-16字节流“594E”,那么这是“奎”还是 “乙”?

Unicode规范中推荐的标记字节顺序的方法是BOM。BOM不是“Bill Of Material”的BOM表,而是Byte Order Mark。BOM是一个有点小聪明的想法:

在UCS 编码中有一个叫做"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"的字符,它的编码是FEFF。而FFFE在UCS中是不存在的字符,所以不应该出现在实际传输中。UCS规范建议我们在传输字节流前,先传输 字符"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"。

这样如果接收者收到FEFF,就表明这个字节流是Big-Endian的;如果收到FFFE,就表明这个字节流是Little-Endian的。因此字符"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"又被称作BOM。

UTF -8不需要BOM来表明字节顺序,但可以用BOM来表明编码方式。字符"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"的UTF-8编码是EF BB BF(读者可以用我们前面介绍的编码方法验证一下)。所以如果接收者收到以EF BB BF开头的字节流,就知道这是UTF-8编码了。

Windows就是使用BOM来标记文本文件的编码方式的。

6、进一步的参考资料

本文主要参考的资料是 "Short overview of ISO-IEC 10646 and Unicode" (http://www.nada.kth.se/i18n/ucs/unicode-iso10646-oview.html)。

我还找了两篇看上去不错的资料,不过因为我开始的疑问都找到了答案,所以就没有看:

  1. "Understanding Unicode A general introduction to the Unicode Standard" (http://scripts.sil.org/cms/scripts/page.php?site_id=nrsi&item_id=IWS-Chapter04a)
  2. "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)

 

posted @ 2012-04-19 17:33 Goodpy 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏