字符集、字符编码细说
字符集、字符编码
先说字符，字符用来在计算机领域表示语言和文字字符加上一种字体（Font），就可以得到字型（Glyph），字型就是我们在计算机屏幕前所见的内容了。
在计算机世界中有大量的字符（十多万个已定义的字符，理论上支持），如果沟通的双方要互相明白，就必须使用相同的字符集。字符集是一个字符和数字的对应表。字符集会规定一种或者几种用计算机字节表示字符的方法，这个方法就叫做字符编码。编码是指这些字符对应的数字在计算机中如何保存。
ASCII
ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息互换标准代码）是基于拉丁字母的一套电脑编码系统。它主要用于显示现代英语和其他西欧语言。它是现今最通用的单字节编码系统，并等同于国际标准ISO/IEC 646。
ASCII中共有127个字符，主要包含大小写英文字母、标点和一些控制符号。ASCII既是字符集，又是字符编码，ASCII的每个字符对应着0-127中的一个整数，这个整数称为字符的ASCII码。例如，字符'a'的ASCII码是97。
ASCII兼容编码
ASCII兼容编码是向下兼容，即某种编码方式不需要经过任何转换接受任何以ASCII编码的文本为合法的，并且字符与当做ASCII编码时是完全一致的。
几乎所有的ASCII兼容编码方式都是变长编码，因为每个ASCII字符只占一个字节。如GB2312了,unicode的UTF8编码方式就是ASCII兼容码。
GB2312,GBK,GB18030
中国编制的汉字字符集，通过扩展ASCII字符集来实现的，他们包含的汉字数量是GB2312 < GBK < GB18030，这3种字符集除了包含ASCII字符，还包含数学符号、罗马希腊的字母、日文的假名。要注意的是，GBK和GB2312都是双字节等宽编码，如果算上和ASCII兼容所支持的单字节，也可以理解为是单字节和双字节混合的变长编码。GB18030编码是变长编码，有单字节、双字节和四字节三种方式，并且GB18030还包含中国少数民族的字符。这3种字符集因为各自的编码只有1种，所以通常我们都认为他们的名称即代表字符集也代表字符编码。
GB2312表示法：
GB 2312中对所收汉字进行了“分区”处理，每区含有94个汉字/符号。这种表示方式也称为区位码。
- 01-09区为特殊符号。
- 16-55区为一级汉字，按拼音排序。
- 56-87区为二级汉字，按部首/笔画排序。
- 10-15区及88-94区则未有编码。
举例来说，“啊”字是GB2312之中的第一个汉字，它的区位码就是1601。
在使用GB2312的程序中，通常采用EUC储存方法，以便兼容于ASCII。浏览器编码表上的“GB2312”，通常都是指“EUC-CN”表示法。每个汉字及符号以两个字节来表示。第一个字节称为“高位字节”（也称“区字节）”，第二个字节称为“低位字节”（也称“位字节”）。“高位字节”使用了0xA1-0xF7(把01-87区的区号加上0xA0)，“低位字节”使用了0xA1-0xFE(把01-94加上 0xA0)。 由于一级汉字从16区起始，汉字区的“高位字节”的范围是0xB0-0xF7，“低位字节”的范围是0xA1-0xFE，占用的码位是 72*94=6768。其中有5个空位是D7FA-D7FE。 例如“啊”字在大多数程序中，会以两个字节，0xB0（第一个字节） 0xA1（第二个字节）储存。区位码=区字节+位字节（与区位码对比：0xB0=0xA0+16,0xA1=0xA0+1）。所以最高位为1则为两个字节的中文字符，最高位为0则为1个字节的英文字符。
Unicode
Unicode是国际组织制定的可以容纳世界上所有文字和符号的字符集。Unicode用数字0-0x10FFFF来映射这些字符，最多可以容纳1114112个字符，或者说有1114112个码位。码位就是可以分配给字符的数字。UTF-8、UTF-16、UTF-32都是将数字转换到程序数据的编码方案。
通用字符集（Universal Character Set，UCS）是由ISO制定的ISO 10646（或称ISO/IEC 10646）标准所定义的标准字符集。UCS-2用两个字节编码，UCS-4用4个字节编码。
历史上存在两个独立的尝试创立单一字符集的组织，即国际标准化组织（ISO）和多语言软件制造商组成的统一码联盟。前者开发的 ISO/IEC 10646 项目，后者开发的统一码项目。因此最初制定了不同的标准。
1991年前后，两个项目的参与者都认识到，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Unicode 2.0开始，Unicode采用了与ISO 10646-1相同的字库和字码；ISO也承诺，ISO 10646将不会替超出U+10FFFF的UCS-4编码赋值，以使得两者保持一致。两个项目仍都存在，并独立地公布各自的标准。但统一码联盟和ISO/IEC JTC1/SC2都同意保持两者标准的码表兼容，并紧密地共同调整任何未来的扩展。在发布的时候，Unicode一般都会采用有关字码最常见的字型，但ISO 10646一般都尽可能采用Century字型。
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个平面（plane）。每个平面根据第3个字节分为256行 （row），每行有256个码位（cell）。group 0的平面0被称作BMP（Basic Multilingual Plane）。将UCS-4的BMP去掉前面的两个零字节就得到了UCS-2。每个平面有2^16=65536个码位。Unicode计划使用了17个平面，一共有17*65536=1114112个码位。在Unicode 5.0.0版本中，已定义的码位只有238605个，分布在平面0、平面1、平面2、平面14、平面15、平面16。其中平面15和平面16上只是定义了两个各占65534个码位的专用区（Private Use Area），分别是0xF0000-0xFFFFD和0x100000-0x10FFFD。所谓专用区，就是保留给大家放自定义字符的区域，可以简写为PUA。
平面0也有一个专用区：0xE000-0xF8FF，有6400个码位。平面0的0xD800-0xDFFF，共2048个码位，是一个被称作代理区（Surrogate）的特殊区域。代理区的目的用两个UTF-16字符表示BMP以外的字符。在介绍UTF-16编码时会介绍。
如前所述在Unicode 5.0.0版本中，238605-65534*2-6400-2408=99089。余下的99089个已定义码位分布在平面0、平面1、平面2和平面14上，它们对应着Unicode目前定义的99089个字符，其中包括71226个汉字。平面0、平面1、平面2和平面14上分别定义了52080、3419、43253和337个字符。平面2的43253个字符都是汉字。平面0上定义了27973个汉字。
实现方式：
在Unicode中：汉字“字”对应的数字是23383。在Unicode中，我们有很多方式将数字23383表示成程序中的数据，包括：UTF-8、UTF-16、UTF-32。UTF是“UCS Transformation Format”的缩写，可以翻译成Unicode字符集转换格式，即怎样将Unicode定义的数字转换成程序数据。例如，“汉字”对应的数字是0x6c49和0x5b57，而编码的程序数据是：
BYTE data_utf8[] = {0xE6, 0xB1, 0x89, 0xE5, 0xAD, 0x97}; // UTF-8编码
WORD data_utf16[] = {0x6c49, 0x5b57}; // UTF-16编码
DWORD data_utf32[] = {0x6c49, 0x5b57}; // UTF-32编码
这里用BYTE、WORD、DWORD分别表示无符号8位整数，无符号16位整数和无符号32位整数。UTF-8、UTF-16、UTF-32分别以BYTE、WORD、DWORD作为编码单位。“汉字”的UTF-8编码需要6个字节。“汉字”的UTF-16编码需要两个WORD，大小是4个字节。“汉字”的UTF-32编码需要两个DWORD，大小是8个字节。根据字节序的不同，UTF-16可以被实现为UTF-16LE或UTF-16BE，UTF-32可以被实现为UTF-32LE或UTF-32BE。下面介绍UTF-8、UTF-16、UTF-32、字节序和BOM。
UTF-8
UTF-8以字节为单位对Unicode进行编码。从Unicode到UTF-8的编码方式如下：
Unicode编码(16进制) ║ UTF-8 字节流(二进制)
000000 - 00007F ║ 0xxxxxxx
000080 - 0007FF ║ 110xxxxx 10xxxxxx
000800 - 00FFFF ║ 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
010000 - 10FFFF ║ 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
UTF-8的特点是对不同范围的字符使用不同长度的编码。对于0x00-0x7F之间的字符，UTF-8编码与ASCII编码完全相同。UTF-8编码的最大长度是4个字节。从上表可以看出，4字节模板有21个x，即可以容纳21位二进制数字。Unicode的最大码位0x10FFFF也只有21位。
例1：“汉”字的Unicode编码是0x6C49。0x6C49在0x0800-0xFFFF之间，使用用3字节模板了：1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。将0x6C49写成二进制是：0110 1100 0100 1001，用这个比特流依次代替模板中的x，得到：11100110 10110001 10001001，即E6 B1 89。
例2：Unicode编码0x20C30在0x010000-0x10FFFF之间，使用用4字节模板了：11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。将0x20C30写成21位二进制数字（不足21位就在前面补0）：0 0010 0000 1100 0011 0000，用这个比特流依次代替模板中的x，得到：11110000 10100000 10110000 10110000，即F0 A0 B0 B0。
UTF-16
UTF-16编码以16位无符号整数为单位。我们把Unicode 编码记作U。编码规则如下：
如果U<0x10000，U的UTF-16编码就是U对应的16位无符号整数（为书写简便，下文将16位无符号整数记作WORD）。
如果U≥0x10000，我们先计算U'=U-0x10000，然后将U'写成二进制形式：yyyy yyyy yyxx xxxx xxxx，U的UTF-16编码（二进制）就是：110110yyyyyyyyyy 110111xxxxxxxxxx。
为什么U'可以被写成20个二进制位？Unicode的最大码位是0x10ffff，减去0x10000后，U'的最大值是0xfffff，所以肯定可以用20个二进制位表示。例如：Unicode编码0x20C30，减去0x10000后，得到0x10C30，写成二进制是：0001 0000 1100 0011 0000。用前10位依次替代模板中的y，用后10位依次替代模板中的x，就得到：1101100001000011 1101110000110000，即0xD843 0xDC30。
按照上述规则，Unicode编码0x10000-0x10FFFF的UTF-16编码有两个WORD，第一个WORD的高6位是110110，第二个WORD的高6位是110111。可见，第一个WORD的取值范围（二进制）是11011000 00000000到11011011 11111111，即0xD800-0xDBFF。第二个WORD的取值范围（二进制）是11011100 00000000到11011111 11111111，即0xDC00-0xDFFF。
为了将一个WORD的UTF-16编码与两个WORD的UTF-16编码区分开来，Unicode编码的设计者将0xD800-0xDFFF保留下来，并称为代理区（Surrogate）：
D800－DB7F ║ High Surrogates ║ 高位替代
DB80－DBFF ║ High Private Use Surrogates ║ 高位专用替代
DC00－DFFF ║ Low Surrogates ║ 低位替代
高位替代就是指这个范围的码位是两个WORD的UTF-16编码的第一个WORD。低位替代就是指这个范围的码位是两个WORD的UTF-16编码的第二个WORD。那么，高位专用替代是什么意思？我们来解答这个问题，顺便看看怎么由UTF-16编码推导Unicode编码。
如果一个字符的UTF-16编码的第一个WORD在0xDB80到0xDBFF之间，那么它的Unicode编码在什么范围内？我们知道第二个WORD的取值范围是0xDC00-0xDFFF，所以这个字符的UTF-16编码范围应该是0xDB80 0xDC00到0xDBFF 0xDFFF。我们将这个范围写成二进制：
1101101110000000 11011100 00000000 - 1101101111111111 1101111111111111
按照编码的相反步骤，取出高低WORD的后10位，并拼在一起，得到
1110 0000 0000 0000 0000 - 1111 1111 1111 1111 1111
即0xe0000-0xfffff，按照编码的相反步骤再加上0x10000，得到0xf0000-0x10ffff。这就是UTF-16编码的第一个WORD在0xdb80到0xdbff之间的Unicode编码范围，即平面15和平面16。因为Unicode标准将平面15和平面16都作为专用区，所以0xDB80到0xDBFF之间的保留码位被称作高位专用替代。
UTF-32
UTF-32编码以32位无符号整数为单位。Unicode的UTF-32编码就是其对应的32位无符号整数。
字节序
根据字节序的不同，UTF-16可以被实现为UTF-16LE或UTF-16BE，UTF-32可以被实现为UTF-32LE或UTF-32BE。例如：
Unicode编码 ║ UTF-16LE ║ UTF-16BE ║ UTF32-LE ║ UTF32-BE
0x006C49 ║ 49 6C ║ 6C 49 ║ 49 6C 00 00 ║ 00 00 6C 49
0x020C30 ║ 43 D8 30 DC ║ D8 43 DC 30 ║ 30 0C 02 00 ║ 00 02 0C 30
那么，怎么判断字节流的字节序呢？Unicode标准建议用BOM（Byte Order Mark）来区分字节序，即在传输字节流前，先传输被作为BOM的字符"零宽无中断空格"。这个字符的编码是FEFF，而反过来的FFFE（UTF-16）和FFFE0000（UTF-32）在Unicode中都是未定义的码位，不应该出现在实际传输中。下表是各种UTF编码的BOM：
UTF编码 ║ Byte Order Mark
UTF-8 ║ EF BB BF
UTF-16LE ║ FF FE
UTF-16BE ║ FE FF
UTF-32LE ║ FF FE 00 00
UTF-32BE ║ 00 00 FE FF
ANSI编码
unicode和ANSI都是字符代码的一种表示形式。为使计算机支持更多语言，通常使用 0x80~0xFF 范围的 2 个字节来表示 1 个字符。比如：汉字 '中' 在中文操作系统中，使用 [0xD6,0xD0] 这两个字节存储。不同的国家和地区制定了不同的标准，由此产生了 GB2312, BIG5, JIS 等各自的编码标准。这些使用 2 个字节来代表一个字符的各种汉字延伸编码方式，称为 ANSI 编码。在简体中文系统下，ANSI 编码代表 GB2312 编码，在日文操作系统下，ANSI 编码代表 JIS 编码。
不同编码之间的转换
GBK、GB2312等与UTF8之间都必须通过Unicode编码才能相互转换：
GBK、GB2312->Unicode->UTF8
UTF8->Unicode->GBK、GB2312
