Python 有关 Unicode UTF-8 GBK 编码问题详解

2022-07-01 15:01:27 浏览数 (1)

1.统一码(Unicode)

Unicode 也叫万国码、单一码,是计算机科学领域里的一项业界标准,包括字符集、编码方案等。对于世界上所有的语言文字在 unicode 中都可以查看到。

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【汉】[字的编码解释官网]
https://www.unicode.org/cgi-bin/GetUnihanData.pl?codepoint=6C49

unicode 编码就是为了统一世界上的编码,有一个统一的规范。但是它还存在一些问题。

Unicode 的问题 需要注意的是,Unicode 只是一个符号集,它只规定了符号的二进制代码,却没有规定这个二进制代码应该如何存储。

比如,汉字“严”的 unicode 是十六进制数 4E25,转换成二进制数足足有 15 位(100111000100101),也就是说这个符号的表示至少需要 2 个字节。表示其他更大的符号,可能需要 3 个字节或者 4 个字节,甚至更多。

这里就有两个严重的问题

  • 第一个:我们知道计算机中最基础的编码就是 ascii 那么如何才能区别 unicode 和 ascii?计算机怎么知道那个是 ascii 那个是 unicode 呢,究竟是三个字节表示一个符号,还是一个字节表示一个字符?
  • 第二个:我们已经知道,英文字母只用一个字节表示就够了,如果 unicode 统一规定,每个符号用三个或四个字节表示,那么每个英文字母前都必然有二到三个字节是 0,这对于存储来说是极大的浪费,文本文件的大小会因此大出二三倍,这是无法接受的。

它们造成的结果是:

  1. 很多企业研发自己的存储格式,于是出现了 unicode 的多种存储方式,也就是说有许多种不同的二进制格式,可以用来表示 unicode。我们常用的就是 utf8 utf16 这种存储方式。
  2. unicode 在很长一段时间内无法推广,直到互联网的出现。

2.UTF-8 编码

互联网的普及,强烈要求出现一种统一的编码方式。UTF-8 就是在互联网上使用最广的一种 unicode 的实现方式。其他实现方式还包括 UTF-16 和 UTF-32,不过在互联网上基本不用。重复一遍,这里的关系是,UTF-8 是 Unicode 的实现方式之一。

UTF-8 最大的一个特点,就是它是一种变长的编码方式。它可以使用 1~4 个字节表示一个符号,根据不同的符号而变化字节长度。

UTF-8 的编码规则很简单,只有二条:

  1. 对于单字节的符号,字节的第一位设为 0,后面 7 位为这个符号的 unicode 码。因此对于英语字母,UTF-8 编码和 ASCII 码是相同的。
  2. 对于 n 字节的符号(n>1),第一个字节的前 n 位都设为 1,第 n 1 位设为 0,后面字节的前两位一律设为 10。剩下的没有提及的二进制位,全部为这个符号的 unicode 码。

下表总结了编码规则,字母【x】表示可用编码的位。

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Unicode符号范围 | UTF-8编码方式
(十六进制) | (二进制)
--------------------
0000 0000-0000 007F | 0xxxxxxx  
0000 0080-0000 07FF | 110xxxxx 10xxxxxx  
0000 0800-0000 FFFF | 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx  
0001 0000-0010 FFFF | 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

Python 代码举例:

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a = 'u6c49' # 汉的unicode编码
print(a)
a = '汉'
print("汉字utf8格式:",a.encode('utf8'))
print('汉字unicode格式:',a.encode('unicode_escape'))
print('汉字gbk格式:',a.encode('gbk'))
print('汉字gb2312格式:',a.encode('gb2312'))
# 输出结果
汉
汉字utf8格式:b'xe6xb1x89'
汉字unicode格式:b'\u6c49'
汉字gbk格式:b'xbaxba'
汉字gb2312格式:b'xbaxba'

可以看到以上结果,汉字的汉通过 print 打印时用的是 unicode 编码,存储时使用 utf8,也即是我们保存文件时常用的编码

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with open('xxx.txt','w',encoding='utf-8') as f:
    f.write(xxx)

打开的时候也要指定文件编码

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with open(file_path, encoding='utf-8') as f:
    f.read()

当使用 gbk 编码保存的文件使用 utf8 打开时会报错,使用 gbk 打开即可

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with open(r'gbk.txt','r',encoding='utf-8') as f:  
    print(f.read())
    
错误信息:
(result, consumed) = self._buffer_decode(data, self.errors, final)
UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0xd5 in position 0: invalid continuation byte

总结

  1. UNICODE 是一个符号集合,对全世界的语言都对应一个符号编码
  2. UTF-8 是 UNICODE 在计算机中存储时的具体体现,是存储方案
  3. UTF-16 同理 UTF-8
  4. UTF-32 同理 UTF-8
  5. GB2312或GB2312-80是一个简体中文字符集的中国国家标准,全称为《信息交换用汉字编码字符集--基本集》,由中国国家标准总局发布,1981年5月1日实施。GB2312编码通行于大陆;新加坡等地也采用此编码。几乎所有的中文系统和国际化的软件都支持GB2312。
  6. GBK: 汉字国标扩展码,基本上采用了原来 GB2312-80 所有的汉字及码位,并涵盖了原 Unicode 中所有的汉字 20902,总共收录了 883 个符号, 21003 个汉字及提供了 1894 个造字码位。

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