[转]关于unicode,mbcs,utf8,charset,encoding等相关概念的说明

本文详细解读了从ASCII到Unicode的字符集演变,包括ANSI/ASCII、MBCS、UNICODE及UTF-8的定义与应用。文章深入探讨了字符集与编码的区别,着重解释了UTF-8与ASCII兼容性以及在不同场景下的编码转换问题。此外,文章还涉及了Codepage、Font与乱码问题,为开发者提供了全面的字符编码知识。

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转自:http://www.bloggern.com/2945.html

好像第一次遇到跟字符集有关的问题大概应该是在7年前,第一次写java,总是会出现编码转换的问题,动不动就乱码,基本上,本着实用主义的态度,以盲人摸象的手法,总算是能够解决问题的。这些年来,不停的会遇到编码方面的问题,随着每一次解决问题,都感觉多揭开了一点笼罩在这一堆乱七八糟的东西上面的迷雾,然而,直到去年年中,我仍然没有完全搞明白这堆乱七八糟的名词和概念之间,究竟是怎样的关系。

去年年中开始的项目,需要用c++来处理文档,不可避免的遇到了编码转换的问题,在用c++处理的时候,我不得不仔细的探究在不同的编码转换的时候究竟发生了什么事情,终于,总算是搞明白了这些东西。下面,我会试着解释一下这些概念本身以及他们之间的关系,部分解释来自维基百科或者msdn,版权不属于我。

ANSI/ASCII : 由美国国家标准委员会指定的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 646。(from wiki)

MBCS : 多字节字符集,是一种替代 Unicode 以支持无法用单字节表示的字符集(如日文和中文)的方法。为国际市场编程时应考虑使用 Unicode 或 MBCS,或使程序能够通过更改开关来生成支持两种字符集之一的程序。最常见的 MBCS 实现是双字节字符集 (DBCS)。一般来说,Visual C++(尤其是 MFC)完全支持 DBCS。(from msdn)

UNICODE : 是业界的一种标准,它可以使电脑得以呈现世界上数十种的文字系统。Unicode 是基于通用字元集(Universal Character Set)的标准来发展,并且同时也以书本的形式(The Unicode Standard,目前第五版由Addison-Wesley Professional出版,ISBN-10: 0321480910)对外发表。Unicode 包含了超过十万个字元(在西元 2005 年, Unicode 的第十万个字元被采纳且认可成为标准之一)、一组可用以作为视觉参考的代码图表、一套编码方法与一组标准字元编码、一套包含了上标字、下标字等字元特性的列举等。(from wiki)

UTF-8 : 英文全称为8-bit UCS/Unicode Transformation Format,是针对Unicode 的一种可变长度字元编码。从名称可以看出,UTF-8是专为UCS/Unicode设计的传输格式。它可以用来表示 Unicode 标准中的任何字元,而且其编码串流中的第一个位元组仍与 ASCII 兼容,令原来处理 ASCII 字符的软件无需或只作少量改动后,便可继续使用。因此,它逐渐成为电子邮件、网页及其他储存或传送文字的应用中,优先采用的编码。(from wiki)

基本的名词解释完了,现在来仔细的解释一下Charset/Encoding(字符集/编码)。Charset很容易和Encoding搞混,也是刚开始接触字符编码问题是最容易被晕掉的概念。字符集的概念,实际上,包含两个方面,一个,是字符的集合,即所谓的Charset,一个是编码方案,也就是所谓的Encoding。所谓字符的集合,意即一个字符集,定义了它所包含的所有符号,这实际上正是字符集名字的真正含义。也就是说,狭义上的字符集,并不包含编码方案,它仅仅是定义了哪些符号属于这个字符集。但是,通常来说,一个字符集并不仅仅定义字符集合,同时,它还为每个符号定义一个二进制编码,所以,当我们提到GB2312的时候,我们并不仅仅是指GB2312字符集,同时,也指明了编码方案是GB2312,即Charset= GB2312,Encoding=GB2312,这说明,我们的文档中不包含GB2312以外的字符,而它们的二进制编码采用GB2312规定的编码方式。简单的情况的确如此,字符集等于编码,编码等于字符集。

但是,通常把我们搞晕的,正是一个例外,Unicode。Unicode字符集本身定义的编码方案通常称为UCS-2,或者一个更通用的名字, UTF-16。然而,由于UTF-16不能和现行的基于ascii的编码方案兼容,比较重点的问题在于0x0,在基于ascii的编码方案中,一个8位的 0x0总是表示一个字符串的结束的,而UTF-16则不然,它的一个字符,完全有可能在高8位或者低8位上等于0x0,这会导致很多应用程序错误,尤其是在网络传输协议当中可能导致大量的字符串错误截断。于是,有了UTF-8,UTF-8提供了一个跟ascii兼容的unicode字符集编码方案。网络上常见的说法说UTF-8是1到3位变长编码,这是错误的,UTF-8是1到6位变长编码,3位的说法来源于大多数常用汉字被包括在3位编码的范畴以内,而另外,从现行的Unicode规范来讲,UTF-8实际上是1到4位的编码,因为再加上两位编码所扩展的范围现在Unicode还没有定义任何字符。 UTF-8的编码方案首先保证跟127个标准ascii字符兼容,也就是说,在UTF-8方案下,Unicode的0x000000–0x00007F范围的字符被表达为0x0-0x7F的一个字节的二进制编码。其次,UTF-8保证,所有0x7F以上的字符,在被转译成多字节字符时,每个字节的最高位一定为1,这实际上也是大多数MBCS方案的基本原则,否则应用程序没法识别多字节字符的字节组合方式或者出现错误的0x0。问题在于,一般的DBCS双字节方案可以简单的根据高位是否为1而判定单字节还是双字节,而UTF-8是变长的,应用程序需要知道如何组合连续的字节数据,按照UTF-8的规定,除了最高的一个字节外,其余的所有字节均以10开头,而最高字节的开头,110表示连续2位,1110表示连续3位,11110表示连续4位。(一个具体字符的UTF-8编码值根据一个简单的对应算法从UTF-16得到,这里就不详细讲述,请自行google)。因此,我们必须明确一个概念,UTF-8是 unicode字符集的一个编码方案,当我们在说到UTF-8字符和Unicode字符的时候,在某些情况下,它们在逻辑上是等价的,但是,他们并不是同一个东西,因为Unicode字符在二进制上还有一个选择就是原生的UTF-16编码。

总结一下,Unicode字符集规定的标准编码方案是UCS-2(UTF-16),用两个字节表示一个Unicode字符,而事实上,UCS-4 (UTF-32)也已经被提出了,用4个字节表示一个Unicode字符,然后,一个常用的Unicode编码方案—UTF-8,它用1到4(6)位的变长字节来表示一个Unicode字符,并可以从一个简单的转换算法从UTF-16直接得到。这三个编码方案(Encoding)都对应于Unicode字符集(Charset)。

然后,需要解释一下Codepage-代码页,codepage实际上是一张表,通常的codepage是一个从unicode到其他mbcs的转换索引表,比如windows上常用的MS936代码页,实际上就是GB2312到unicode的转换表,我们知道,windows是完全基于 unicode的,MS的应用程序也大多是基于unicode开发的,他们对GB2312的支持,正是来源于codpage932,通过cp932的转换,应用程序可以在unicode和gb2312之间来回转换。需要多一句嘴的是关于日文编码,IBM和微软都提供了几个工业上常用的日文编码的代码页,比如对于shift-jis,IBM的代码页是CCSID943,这也是java在转换时使用的代码页,而MS的代码页是MS936,他们两者都是针对 shift-jis的代码页,算是两个并行的工业标准,在某些字符上转换结果并不一致,这可能会导致应用程序错误,比如我遇到的典型问题是通过java程序将shift-jis数据转换为unicode后传输给VC编写的程序再转换为shift-jis,由于在两次转换中使用了不兼容的代码页,导致数据错误。这并没有什么特别的解决办法,只能是查找特殊字符列表作特殊处理。

另外一个问题,就是所谓的基于unicode的应用程序,在应用程序内部字符串究竟以什么形式表达,一般来说,是以UCS-2也就是UTF-16 的二进制形式来表达的,UTF-8一般只是作为数据传输格式和文档保存格式。具体一点,对于java代码,javac编译程序在你没有指定源文件编码的情况下,总是将其认为是本地缺省编码,比如在简体中文windows上会被认识为GB2312,而在日文windows上会被识别为shift-jis,然后实际上,在编译的时候,gb或者jis字符都会被转换成对应的UCS-2二进制值。而对于C++程序,当你简单的用 ”中” 这样的引号引用的形式的时候,编译器会简单的将其识别为本地编码并且在编译后的二进制代码中被表达为本地编码的二进制值(我不知道c++编译器能否指定源文件编码。。。我不太熟悉c++),但是,如果你用 L”中” 这样的标准c++的unicode字符定义方式来定义字符时,将会发生和javac编译程序一样的事情,编译程序会主动的将字符正确的以本地编码识别并转换成UCS-2值保存为编译后的二进制代码。C++程序中,如果以L宏定义字符串,可以在程序中直接得到Unicode值,即UTF-16编码值,但在 java中,实际上我们并不能直接得到字符串的二进制值,不过可以通过String的getbytes方法指定UTF-16编码得到。至于各种编码之间的转换,这里就不赘述了。

最后,解释一下关于font的问题,其实,很多时候我们遇到的乱码并没有出现编码转换错误,只是由于应用程序指定的字体没有包含对应的字符图像而已,这种情况,通常我们可以看到有部分字符是可以正常显示的。Font文件实际上也是一个索引文件,一个encoding索引加上位图。现在的字体文件通常包含两个编码索引,一个unicode,一个该字体对应语言的常用编码,应用程序在显示字符的时候,通过查找对应的索引而得到字符的位图。
<think>我们正在讨论编程时处理文件路径中的多语言字符以避免乱码或错误。参考的引用内容主要涉及字符编码和解码的内部机制,以及通过正确编解码消除乱码的示例。结合用户之前的问题(Windows文件夹名字乱码)和当前需求,我们将重点放在Python和Java中如何处理文件路径的多语言字符。 核心原则: 1. 在程序内部统一使用Unicode表示字符串(Python3中的str,Java中的String)。 2. 在需要与文件系统交互时(读取或写入文件路径),正确进行编码和解码。 3. 明确指定编码,避免依赖平台默认编码。 具体到Python和Java: 一、Python处理文件路径多语言字符 1. 使用Unicode字符串(str类型)表示路径,并在与文件系统交互时换为字节序列(bytes)或直接使用支持Unicode路径的API。 2. 在Python3中,open()函数和os模块的函数通常可以直接接受str路径(内部使用系统默认编码或Unicode),但在跨平台时,最好显式处理编码。 注意:在Windows上,文件系统使用UTF-16(宽字符),但Python的sys.getfilesystemencoding()返回的编码可能是'mbcs'(即ANSI编码,如GBK)。为了更好的兼容性,尤其是包含非当前系统默认编码的字符时,建议使用UTF-8。 步骤: a) 当从外部获取字节序列形式的路径时(如从网络、命令行参数等),应立即解码为Unicode字符串。例如: raw_bytes = b'\xe6\x96\xb0\xe6\xba\x90' # 假设是UTF-8编码的字节 path = raw_bytes.decode('utf-8') # 得到Unicode字符串 b) 当需要将路径传递给文件操作函数时,直接使用Unicode字符串。如果遇到需要字节序列的旧API(如某些遗留模块),则用指定编码换: byte_path = path.encode('utf-8') # 但注意:在Windows上,最好使用系统文件系统编码,但UTF-8通常更通用 然而,在Python3中,推荐直接使用str路径,因为大多数API都支持。 c) 特殊技巧:对于包含非标准编码的路径,可以使用surrogateescape错误处理方式(在Unix系统中常见,但Windows下较少见)。 示例代码: import os # 假设我们有一个字节序列的路径(可能是从某个地方读取的) byte_path = b'\xd0\xbf\xd1\x80\xd0\xb8\xd0\xb2\xd0\xb5\xd1\x82.txt' # 假设是UTF-8编码的俄文 # 解码为字符串 try: path_str = byte_path.decode('utf-8') # 使用正确的编码 except UnicodeDecodeError: # 尝试其他编码或处理错误 path_str = byte_path.decode('latin1', errors='replace') # 替换无法解码的字符 # 现在使用这个字符串路径 with open(path_str, 'r', encoding='utf-8') as f: content = f.read() # 或者遍历目录 for entry in os.listdir(path_str): print(entry) 注意:如果路径字符串来自不同编码的环境(如从Windows系统默认GBK的环境获取的UTF-8字节),则需要先按原环境编码解码,再按当前环境处理。 二、Java处理文件路径多语言字符 Java内部使用Unicode(UTF-16)表示字符串,因此String对象可以存储任何字符。关键在于在读取外部数据时正确换为String,以及在输出时(如写入文件)使用合适的编码。 步骤: a) 从外部字节数据创建字符串时,必须指定原始数据的编码: byte[] bytePath = ...; // 从某处得到的字节数组 String path = new String(bytePath, "UTF-8"); // 使用正确的编码 b) 使用File、Path等类时,直接使用String路径(Java的NIO.2 API支持Unicode): Path path = Paths.get("你的Unicode字符串路径"); c) 注意:Java的File类在早期版本中可能受限于平台默认编码,但NIO.2(Java7及以上)的Path接口更健壮。 示例代码: import java.nio.file.*; import java.nio.charset.StandardCharsets; public class UnicodePath { public static void main(String[] args) { // 假设我们有一组字节,表示一个UTF-8编码的路径 byte[] bytePath = new byte[]{...}; String pathStr = new String(bytePath, StandardCharsets.UTF_8); // 使用Paths.get创建Path对象 Path path = Paths.get(pathStr); // 读取文件 try { String content = Files.readString(path, StandardCharsets.UTF_8); System.out.println(content); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } } 三、通用建议 1. 在程序内部统一使用Unicode。 2. 明确指定编码:不要依赖平台默认编码(如Python的locale.getpreferredencoding()或Java的file.encoding系统属性),因为它们可能变化。 3. 在跨平台或跨语言环境中,优先使用UTF-8编码进行数据交换和存储。 4. 对于文件路径,如果可能,尽量使用相对路径,并确保整个项目使用UTF-8编码(包括源文件、资源文件等)。 四、处理乱码路径的补救措施 如果已经出现乱码(即错误解码的字符串),可以尝试以下步骤: 1. 回溯到原始字节序列(如果可能)。 2. 用正确的编码重新解码。 例如,在Python中,如果错误地将UTF-8编码的字节用Latin1解码得到了乱码字符串,可以反向操作: wrong_str = '文件大全' # 这是错误解码的结果 # 将错误字符串编码回原始字节 raw_bytes = wrong_str.encode('latin1') # 再用正确的编码解码 correct_str = raw_bytes.decode('utf-8') 但在文件系统中,如果已经保存了错误命名的文件,则需要通过文件系统的原始字节接口(如Python的os模块的字节接口)读取,然后重命名。 五、系统默认编码的问题 在Python中,可以通过设置环境变量PYTHONUTF8=1(Python3.7+)来启用UTF-8模式,使Python忽略系统区域设置,优先使用UTF-8。 在Java中,可以在启动时添加参数:-Dfile.encoding=UTF-8,但注意这个设置可能不会影响所有API(如标准输入输出),最好显式指定编码。 总结:处理多语言文件路径的关键是明确编码换点,并在程序内部使用Unicode字符串。在输入输出边界进行正确的编解码操作。 引用说明: [^1]:解码过程需要指定编码,并按照该编码规则将字节序列换为字符串。 [^2]:通过正确编解码可以消除乱码,例如将误解码的字符串重新用原编码换为字节,再用正确编码解码。 [^3]:虽然Unicode会占用更多空间(尤其是英文字符),但它是解决乱码问题的根本方法。 相关问题: 1. 如何在Python中处理命令行参数中的多语言字符? 2. Java中如何设置全局默认编码以处理多语言文件路径? 3. 在不同操作系统中(Windows/Linux/macOS),文件路径的编码处理有何差异? 4. 如何修复已经因错误编码而乱码的文件名? 5. 在Web应用中,如何处理用户上传的文件名包含多语言字符?</think>在编程中处理文件路径的多语言字符,关键在于理解字符编码的换机制并采用正确的处理策略。以下是Python和Java的具体实现方案: --- ### 核心原则 1. **内部统一使用Unicode** 程序内部始终使用Unicode字符串(Python的`str`/Java的`String`),避免直接操作原始字节。 2. **显式指定编解码** 在I/O边界(文件读写、网络传输)进行编码换时,**必须显式声明编码格式**(优先使用UTF-8)。 3. **处理编解码错误** 使用错误处理策略(如`surrogateescape`)应对非法字节序列。 --- ### Python解决方案 #### 1. 路径字符串处理 ```python import os # 从字节序列解码为Unicode(显式指定编码) raw_bytes = b'\xe6\x96\x87\xe4\xbb\xb6\xe5\xa4\xb9' # "文件夹"的UTF-8字节 path_str = raw_bytes.decode('utf-8') # 正确解码为Unicode字符串 # 使用Unicode路径操作文件 with open(os.path.join(path_str, 'data.txt'), 'r', encoding='utf-8') as f: print(f.read()) ``` #### 2. 处理系统默认编码问题 ```python import sys # 强制使用UTF-8覆盖系统默认编码(Python 3.7+) sys._enablelegacywindowsfsencoding() # 仅Windows需要 sys.setfilesystemencoding('utf-8') # 安全处理混合编码路径(使用surrogateescape) broken_path = '文件å¤
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