对字符编码与Unicode、ISO 10646、UCS、UTF8、UTF16、GBK、GB2312的理解

Unicode

unicode.org制定的编码机制，要将全世界常用文字都函括进去。

在1.0中是16位编码，由U+0000到U+FFFF。每个2byte码对应一个字符；在2.0开始抛弃了16位限制，原来的16位作为基本位平面，另外增加了16个位平面，相当于20位编码，编码范围0到0×10FFFF。

UCS

ISO制定的ISO 10646标准所定义的Universal Character Set，采用4byte编码。

Unicode与UCS的关系

ISO与unicode.org是两个不同的组织，因此最初制定了不同的标准；但自从unicode2.0开始，unicode采用了与ISO 10646-1相同的字库和字码，ISO也承诺ISO 10646将不会给超出0×10FFFF的UCS-4编码赋值，使得两者保持一致。

UCS的编码方式

• UCS-2，与unicode的2byte编码基本一样。
• UCS-4，4byte编码，目前是在UCS-2前加上2个全零的byte。

UTF - Unicode/UCS Transformation Format

• UTF-8，8bit编码，ASCII不作变换，其他字符做变长编码，每个字符1-3 byte。通常作为外码。有以下优点: 与CPU字节顺序无关，可以在不同平台之间交流；容错能力高，任何一个字节损坏后，最多只会导致一个编码码位损失，不会链锁错误(如GB码错一个字节就会整行乱码)。
• UTF-16，16bit编码，是变长码，大致相当于20位编码，值在0到0×10FFFF之间，基本上就是unicode编码的实现。它是变长码，与CPU字序有关，但因为最省空间，常作为网络传输的外码。UTF-16是unicode的preferred encoding。
• UTF-32，仅使用了unicode范围(0到0×10FFFF)的32位编码，相当于UCS-4的子集。

UTF与unicode的关系

Unicode是一个字符集，可以看作为内码。

而UTF是一种编码方式，它的出现是因为unicode不适宜在某些场合直接传输和处理。UTF-16直接就是unicode编码，没有变换，但它包含了0×00在编码内，头256字节码的第一个byte都是0×00，在操作系统(C语言)中有特殊意义，会引起问题。采用UTF-8编码对unicode的直接编码作些变换可以避免这问题，并带来一些优点。

中国国标编码

• GB 13000，完全等同于ISO 10646-1/Unicode 2.1，今后也将随ISO 10646/Unicode的标准更改而同步更改。
• GBK，对GB2312的扩充，以容纳GB2312字符集范围以外的Unicode 2.1的统一汉字部分，并且增加了部分unicode中没有的字符。
• GB 18030-2000，基于GB 13000，作为Unicode 3.0的GBK扩展版本，覆盖了所有unicode编码，地位等同于UTF-8，UTF-16，是一种unicode编码形式。变长编码，用单字节/双字节/4字节对字符编码。GB 18030向下兼容GB2312/GBK。GB 18030是中国所有非手持/嵌入式计算机系统的强制实施标准。

什么是 UCS 和 ISO 10646

国际标准ISO 10646定义了通用字符集 (Universal Character Set，UCS)。UCS是所有其他字符集标准的一个超集，它保证与其他字符集是双向兼容的。就是说，如果你将任何文本字符串翻译到UCS格式，然后再翻译回原编码，你不会丢失任何信息。

UCS包含了用于表达所有已知语言的字符。不仅包括拉丁语、希腊语、斯拉夫语、希伯来语、阿拉伯语、亚美尼亚语和乔治亚语的描述，还包括中文、日文和韩文这样的象形文字，以及平假名、片假名、孟加拉语、旁遮普语果鲁穆奇字符(Gurmukhi)、泰米尔语、印·埃纳德语(Kannada)、Malayalam、泰国语、老挝语、汉语拼音(Bopomofo)、Hangul、Devangari、Gujarati、Oriya、Telugu以及其他数也数不清的语。对于还没有加入的语言，由于正在研究怎样在计算机中最好地编码它们，因而最终它们都将被加入。这些语言包括Tibetian、高棉语、Runic(古代北欧文字)、埃塞俄比亚语、其他象形文字，以及各种各样的印-欧语系的语言，还包括挑选出来的艺术语言比如Tengwar、Cirth和克林贡语(Klingon)。UCS还包括大量的图形的、印刷用的、数学用的和科学用的符号，包括所有由TeX、Postscript、MS-DOS、MS-Windows、Macintosh、OCR 字体，以及许多其他字处理和出版系统提供的字符。

ISO 10646定义了一个31位的字符集。然而，在这巨大的编码空间中，迄今为止只分配了前65534个码位(0×0000到0xFFFD)。这个UCS的 6位子集称为基本多语言面 (Basic Multilingual Plane，BMP)。将被编码在16位BMP以外的字符都属于非常特殊的字符(比如象形文字)，且只有专家在历史和科学领域里才会用到它们。按当前的计划，将来也许再也不会有字符被分配到从0×000000到0×10FFFF这个覆盖了超过100万个潜在的未来字符的21位的编码空间以外去了。ISO 10646-1标准第一次发表于1993年，定义了字符集与BMP中内容的架构。定义BMP以外的字符编码的第二部分ISO 10646-2正在准备中，但也许要过好几年才能完成。新的字符仍源源不断地加入到BMP中，但已经存在的字符是稳定的且不会再改变了。

UCS不仅给每个字符分配一个代码，而且赋予了一个正式的名字。表示一个UCS或Unicode值的十六进制数，通常在前面加上“U+”，就象U+0041代表字符”拉丁大写字母A”。UCS字符U+0000到U+007F与US-ASCII(ISO 646)是一致的，U+0000到U+00FF与ISO 8859-1(Latin-1)也是一致的。从U+E000到U+F8FF，已经BM 以外的大范围的编码是为私用保留的。

什么是组合字符

UCS里有些编码点分配给了组合字符。它们类似于打字机上的无间隔重音键。单个的组合字符不是一个完整的字符。它是一个类似于重音符或其他指示标记，加在前一个字符后面。因而，重音符可以加在任何字符后面。那些最重要的被加重的字符，就象普通语言的正字法(orthographies of common languages)里用到的那种，在UCS里都有自己的位置，以确保同老的字符集的向后兼容性。既有自己的编码位置，又可以表示为一个普通字符跟随一个组合字符的被加重字符，被称为预作字符(precomposed characters)。UCS里的预作字符是为了同没有预作字符的旧编码，比如 ISO 8859，保持向后兼容性而设的。组合字符机制允许在任何字符后加上重音符或其他指示标记，这在科学符号中特别有用，比如数学方程式和国际音标字母，可能会需要在一个基本字符后组合上一个或多个指示标记。

组合字符跟随着被修饰的字符。比如，德语中的元音变音字符 (“拉丁大写字母A 加上分音符”)，既可以表示为UCS码U+00C4的预作字符，也可以表示成一个普通 “拉丁大写字母A” 跟着一个”组合分音符”:U+0041 U+0308这样的组合。当需要堆叠多个重音符，或在一个基本字符的上面和下面都要加上组合标记时，可以使用多个组合字符。比如在泰国文中，一个基本字符最多可加上两个组合字符。

什么是 UCS 实现级别

不是所有的系统都需要支持象组合字符这样的UCS里所有的先进机制。因此ISO 10646指定了下列三种实现级别:

• 级别1，不支持组合字符和Hangul Jamo字符(一种特别的，更加复杂的韩国文的编码，使用两个或三个子字符来编码一个韩文音节)
• 级别2，类似于级别1，但在某些文字中，允许一列固定的组合字符(例如，希伯来文、阿拉伯文、Devangari、孟加拉语、果鲁穆奇语、Gujarati、Oriya、泰米尔语、Telugo、印·埃纳德语、Malayalam、泰国语和老挝语)。如果没有这最起码的几个组合字符，UCS就不能完整地表达这些语言。
• 级别3，支持所有的UCS字符，例如数学家可以在任意一个字符上加上一个tilde(颚化符号，西班牙语字母上面的～)或一个箭头(或两者都加)。

什么是 Unicode

历史上，有两个独立的，创立单一字符集的尝试。一个是 国际标准化组织(ISO)的ISO 10646项目，另一个是由(一开始大多是美国的)多语言软件制造商组成的协会组织的 Unicode 项目。幸运的是，1991年前后，两个项目的参与者都认识到，世界不需要两个不同的单一字符集。它们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。两个项目仍都存在并独立地公布各自的标准，但Unicode协会和ISO/IEC JTC1/SC2都同意保持Unicode和ISO 10646标准的码表兼容，并紧密地共同调整任何未来的扩展。

那么 Unicode 和 ISO 10646 不同在什么地方

Unicode协会公布的Unicode 标准严密地包含了ISO 10646-1实现级别3的基本多语言面。在两个标准里所有的字符都在相同的位置并且有相同的名字。

Unicode标准额外定义了许多与字符有关的语义符号学，一般而言是对于实现高质量的印刷出版系统的更好的参考。Unicode详细说明了绘制某些语言(比如阿拉伯语)表达形式的算法，处理双向文字(比如拉丁与希伯来文混合文字)的算法和排序与字符串比较 所需的算法，以及其他许多东西。

另一方面，ISO 10646标准，就象广为人知的ISO 8859标准一样，只不过是一个简单的字符集表。它指定了一些与标准有关的术语，定义了一些编码的别名，并包括了规范说明，指定了怎样使用UCS连接其他ISO标准的实现，比如ISO 6429和ISO 2022。还有一些与ISO紧密相关的，比如ISO 14651是关于UCS字符串排序的。

考虑到Unicode标准有一个易记的名字，且在任何好的书店里的Addison-Wesley里有，只花费ISO版本的一小部分，且包括更多的辅助信息，因而它成为使用广泛得多的参考也就不足为奇了。然而，一般认为，用于打印ISO 10646-1标准的字体在某些方面的质量要高于用于打印Unicode 2.0的。专业字体设计者总是被建议说要两个标准都实现，但一些提供的样例字形有显著的区别。ISO 10646-1标准同样使用四种不同的风格变体来显示表意文字如中文、日文和韩文(CJK)，而Unicode 2.0的表里只有中文的变体。这导致了普遍的认为Unicode对日本用户来说是不可接收的传说，尽管是错误的。

什么是 UTF-8

首先UCS和Unicode只是分配整数给字符的编码表。现在存在好几种将一串字符表示为一串字节的方法。最显而易见的两种方法是将Unicode文本存储为2个或4个字节序列的串。这两种方法的正式名称分别为UCS-2和UCS-4。除非另外指定，否则大多数的字节都是这样的(Bigendian convention)。将一个ASCII或Latin-1的文件转换成UCS-2只需简单地在每个ASCII字节前插入0×00。如果要转换成UCS-4，则必须在每个ASCII字节前插入三个0×00。

在Unix下使用UCS-2(或UCS-4)会导致非常严重的问题。用这些编码的字符串会包含一些特殊的字符，比如‘\0′或‘/’，它们在 文件名和其他C库函数参数里都有特别的含义。另外，大多数使用ASCII文件的UNIX下的工具，如果不进行重大修改是无法读取16位的字符的。基于这些原因，在文件名、文本文件、环境变量等地方，UCS-2不适合作为Unicode的外部编码。

在 ISO 10646-1 Annex R和 RFC 2279里定义的UTF-8编码没有这些问题。它是在Unix风格的操作系统下使用Unicode的明显的方法。

UTF-8的特性

• UCS字符U+0000到U+007F(ASCII)被编码为字节0×00到0×7F(ASCII 兼容)。这意味着只包含7位ASCII字符的文件在ASCII和UTF-8两种编码方式下是一样的。
• 所有 >U+007F的UCS字符被编码为一个多个字节的串，每个字节都有标记位集。因此，ASCII字节(0×00-0×7F)不可能作为任何其他字符的一部分。
• 表示非ASCII字符的多字节串的第一个字节总是在0xC0到0xFD的范围里，并指出这个字符包含多少个字节。多字节串的其余字节都在0×80到0xBF范围里。这使得重新同步非常容易，并使编码无国界，且很少受丢失字节的影响。
• 可以编入所有可能的2^31个UCS代码。
• UTF-8编码字符理论上可以最多到6个字节长，然而16位BMP字符最多只用到3字节长。
• Bigendian UCS-4字节串的排列顺序是预定的。
• 字节0xFE和0xFF在UTF-8编码中从未用到。

下列字节串用来表示一个字符. 用到哪个串取决于该字符在 Unicode 中的序号.

• U-00000000 – U-0000007F: 0xxxxxxx
• U-00000080 – U-000007FF: 110xxxxx 10xxxxxx
• U-00000800 – U-0000FFFF: 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
• U-00010000 – U-001FFFFF: 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
• U-00200000 – U-03FFFFFF: 111110xx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
• U-04000000 – U-7FFFFFFF: 1111110x 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

xxx的位置由字符编码数的二进制表示的位填入。越靠右的x具有越少的特殊意义。只用最短的那个足够表达一个字符编码数的多字节串。注意在多字节串中，第一个字节的开头“1”的数目就是整个串中字节的数目。

例如: Unicode字符U+00A9=1010 1001(版权符号)在UTF-8里的编码为:

11000010 10101001 = 0xC2 0xA9

而字符U+2260=0010 0010 0110 0000(不等于) 编码为:

11100010 10001001 10100000 = 0xE2 0×89 0xA0

这种编码的官方名字拼写为UTF-8，其中UTF代表UCS Transformation Format。请勿在任何文档中用其他名字(比如utf8或UTF_8)来表示UTF-8，当然除非你指的是一个变量名而不是这种编码本身。

什么编程语言支持 Unicode

在大约1993年之后开发的大多数现代编程语言都有一个特别的数据类型，叫做Unicode/ISO 10646-1字符。在Ada95中叫Wide_Character，在Java中叫 char。

ISO C也详细说明了处理多字节编码和宽字符(wide characters)的机制，1994年9月Amendment 1 to ISO C发表时又加入了更多。这些机制主要是为各类东亚编码而设计的，它们比处理UCS所需的要健壮得多。UTF-8是ISO C标准调用多字节字符串的编码的一个例子，wchar_t类型可以用来存放Unicode字符。

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标签: IT

关键词: Unicode, ISO 10646, UCS, UTF8, UTF16, GBK, GB2312, 字符编码, 外码, 内码, 通用字符集, 国际标准化组织, 预作字符, 组合字符, 基本多语言面

创建日期: 2011-10-23

修改日期: 2011-10-23