字符编码小结

因为计算机只能处理数字,如果要处理文本,就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特(bit)作为一个字节(byte),所以,一个字节能表示的最大的整数就是255(二进制11111111=十进制255),如果要表示更大的整数,就必须用更多的字节。比如两个字节可以表示的最大整数是65535,4个字节可以表示的最大整数是4294967295

由于计算机是美国人发明的,因此,最早只有127个字母被编码到计算机里,也就是大小写英文字母、数字和一些符号,这个编码表被称为ASCII编码,比如大写字母A的编码是65,小写字母z的编码是122

但是要处理中文显然一个字节是不够的,至少需要两个字节,而且还不能和ASCII编码冲突,所以,中国制定了GB2312编码,用来把中文编进去。

你可以想得到的是,全世界有上百种语言,日本把日文编到Shift_JIS里,韩国把韩文编到Euc-kr里,各国有各国的标准,就会不可避免地出现冲突,结果就是,在多语言混合的文本中,显示出来会有乱码。


因此,Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里,这样就不会再有乱码问题了。

Unicode标准也在不断发展,但最常用的是用两个字节表示一个字符(如果要用到非常偏僻的字符,就需要4个字节)。现代操作系统和大多数编程语言都直接支持Unicode。


现在,捋一捋ASCII编码和Unicode编码的区别:ASCII编码是1个字节,而Unicode编码通常是2个字节。

字母A用ASCII编码是十进制的65,二进制的01000001

字符0用ASCII编码是十进制的48,二进制的00110000,注意字符'0'和整数0是不同的;

汉字已经超出了ASCII编码的范围,用Unicode编码是十进制的20013,二进制的01001110 00101101

你可以猜测,如果把ASCII编码的A用Unicode编码,只需要在前面补0就可以,因此,A的Unicode编码是00000000 01000001

新的问题又出现了:如果统一成Unicode编码,乱码问题从此消失了。但是,如果你写的文本基本上全部是英文的话,用Unicode编码比ASCII编码需要多一倍的存储空间,在存储和传输上就十分不划算。

所以,本着节约的精神,又出现了把Unicode编码转化为“可变长编码”的UTF-8编码。UTF-8编码把一个Unicode字符根据不同的数字大小编码成1-6个字节,常用的英文字母被编码成1个字节,汉字通常是3个字节,只有很生僻的字符才会被编码成4-6个字节。如果你要传输的文本包含大量英文字符,用UTF-8编码就能节省空间:

字符 ASCII Unicode UTF-8
A 01000001 00000000 01000001 01000001
x 01001110 00101101 11100100 10111000 10101101

从上面的表格还可以发现,UTF-8编码有一个额外的好处,就是ASCII编码实际上可以被看成是UTF-8编码的一部分,所以,大量只支持ASCII编码的历史遗留软件可以在UTF-8编码下继续工作。

搞清楚了ASCII、Unicode和UTF-8的关系,我们就可以总结一下现在计算机系统通用的字符编码工作方式:

在计算机内存中,统一使用Unicode编码,当需要保存到硬盘或者需要传输的时候,就转换为UTF-8编码。

用记事本编辑的时候,从文件读取的UTF-8字符被转换为Unicode字符到内存里,编辑完成后,保存的时候再把Unicode转换为UTF-8保存到文件:

rw-file-utf-8

浏览网页的时候,服务器会把动态生成的Unicode内容转换为UTF-8再传输到浏览器:

web-utf-8

所以你看到很多网页的源码上会有类似<meta charset="UTF-8" />的信息,表示该网页正是用的UTF-8编码。

<think>好的,用户想了解字符串操作实验的总结或关键点。我需要先回顾一下相关的引用内容,尤其是引用[3]和引用[4],因为这些直接涉及字符串操作和性能比较。 首先,引用[4]中提到了在Java中使用不同的字符串拼接方法(如+运算符、concat()方法和StringBuilder)的性能差异。实验显示StringBuilder明显更快,这点非常重要,应该作为关键点之一。需要解释为什么会有这样的性能差异,比如String的不可变性导致每次拼接都生成新对象,而StringBuilder则是可变的对象,减少了内存分配和复制的开销。 然后引用[3]讨论了字符串拷贝函数,指出在拷贝指定长度时需要注意手动添加结束符'\0',否则可能导致问题。这可能涉及到C语言中的字符串处理,但用户的问题比较通用,可能需要总结不同编程语言中字符串处理的注意事项,比如不可变性、内存管理、结束符处理等。 另外,用户提供的引用中还有关于环境变量设置的问题(引用[2]),但可能和当前问题关联不大,暂时不考虑。引用[1]关于字符串比较的大小写问题,可能和字符串操作相关,比如比较函数的使用,但用户的问题更侧重于实验总结,所以可能不需要深入这点,除非实验中有涉及比较操作。 需要组织关键点,可能包括字符串不可变性、不同拼接方式的性能差异、内存管理、结束符处理、安全性和编码问题等。结论部分应强调在实际开发中选择合适的字符串操作方法,特别是循环体内使用StringBuilder的重要性。 还要注意用户要求回答结构清晰,分点说明,使用中文,并正确应用LaTeX格式。例如,在提到时间复杂度时,使用$O(n^2)$和$O(n)$这样的数学表达式。同时,生成相关问题,可能涉及优化方法、应用场景、不同语言差异等。 检查是否有遗漏的关键点,比如字符串函数的使用注意事项,比如拷贝时不自动添加结束符,需要手动添加,这也是实验中容易出错的地方。另外,可能要考虑字符串池的概念,或者编码问题如UTF-8处理,但根据引用内容,可能主要围绕性能和内存管理。 总结下来,关键点包括: 1. 字符串不可变性导致的性能问题。 2. 不同拼接方法的性能对比。 3. 字符串操作的内存管理(如结束符处理)。 4. 安全性问题(如缓冲区溢出)。 5. 编码和字符集的影响。 结论要强调实验中的性能差异,并推荐最佳实践,如使用StringBuilder处理大量拼接。</think>### 字符串操作实验总结 #### 关键点分析 1. **字符串拼接性能差异** 在循环体内频繁拼接字符串时,不同方法的性能差异显著: - **`+`运算符**:每次操作会创建新字符串对象,时间复杂度为$O(n^2)$。例如,拼接10,000次耗时约**500ms**。 - **`concat()`方法**:`+`类似,仍涉及对象频繁创建,但略高效,耗时约**400ms**。 - **`StringBuilder`**:通过可变缓冲区直接追加字符,时间复杂度为$O(n)$,耗时仅约**1ms**,性能提升约**525倍**[^4]。 2. **字符串的不可变性** Java中`String`对象不可变,每次修改都会生成新对象,导致内存浪费和性能损耗。`StringBuilder`通过动态扩展缓冲区避免了这一问题[^4]。 3. **内存管理结束符处理** 在C语言等底层操作中,手动拷贝字符串需注意**结束符`\0`的添加**,否则可能引发未定义行为。例如,`strncpy()`函数不会自动添加结束符,需显式赋值[^3]。 4. **安全性问题** 直接操作字符数组时,需防范缓冲区溢出风险(如`strcpy`不检查目标缓冲区大小)。应使用安全函数(如`strncpy`)或动态内存分配。 5. **字符集编码影响** 字符串比较或处理时,字符集(如UTF-8、ASCII)可能影响结果。例如,二进制比较区分大小写,而某些字符集可能不区分[^1]。 #### 实验结论 - **高频拼接场景**:优先选择`StringBuilder`或`StringBuffer`(线程安全版本)。 - **短字符串操作**:`+`或`concat()`可读性更佳,性能影响可忽略。 - **底层操作规范**:手动处理字符串时需严格管理内存和结束符[^3]。 ---
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