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UTF-8

UTF-8（8-bit Unicode Transformation Format）是一种针对Unicode的可变长度字符编码，又称万国码。由Ken Thompson于1992年创建。现在已经标准化为RFC 3629。UTF-8用1到4个字节编码UNICODE字符。用在网页上可以同一页面显示中文简体繁体及其它语言（如日文，韩文）

目 录

1基本简介

2字符集

3优缺点

1. 3.1 优点
2. 3.2 缺点

4修正更新

1基本简介

数据结构简要

作者： Marius Bancila

字符集简史

在所有字符集中，最知名的可能要数被称为ASCII的7位字符集了。它是美国标准信息交换代码（American Standard Code for Information Interchange）的缩写, 为美国英语通信所设计。它由128个字符组成，包括大小写字母、数字0-9、标点符号、非打印字符（换行符、制表符等4个）以及控制字符（退格、响铃等）组成。

但是，由于他是针对英语设计的，当处理带有音调标号（形如汉语的拼音）的欧洲文字时就会出现问题。因此，创建出了一些包括255个字符的由ASCII扩展的字符集。其中有一种通常被称为IBM字符集，它把值为128-255之间的字符用于画图和画线，以及一些特殊的欧洲字符。另一种8位字符集是ISO 8859-1Latin 1，也简称为ISOLatin-1。它把位于128-255之间的字符用于拉丁字母表中特殊语言字符的编码，也因此而得名。

ASCII码格式

欧洲语言不是地球上的唯一语言，因此亚洲和非洲语言并不能被8位字符集所支持。仅汉语字母表（或pictograms）就有80000以上个字符。但是把汉语、日语和越南语的一些相似的字符结合起来，在不同的语言里，使不同的字符代表不同的字，这样只用2个字节就可以编码地球上几乎所有地区的文字。因此，创建了UNICODE编码。它通过增加一个高字节对ISO Latin-1字符集进行扩展，当这些高字节位为0时，低字节就是ISO Latin-1字符。UNICODE支持欧洲、非洲、中东、亚洲（包括统一标准的东亚象形汉字和韩国象形文字）。但是，UNICODE并没有提供对诸如Braille, Cherokee, Ethiopic, Khmer, Mongolian, Hmong, Tai Lu, Tai Mau文字的支持。同时它也不支持如Ahom, Akkadian, Aramaic, Babylonian Cuneiform, Balti, Brahmi, Etruscan, Hittite, Javanese, Numidian, Old Persian Cuneiform, Syrian之类的古老文字。

事实证明，对可以用ASCII表示的字符使用UNICODE并不高效，因为UNICODE比ASCII占用大一倍的空间，而对ASCII来说高字节的0对他毫无用处。为了解决这个问题，就出现了一些中间格式的字符集，他们被称为通用转换格式，即UTF（Universal Transformation Format）。目前存在的UTF格式有：UTF-7, UTF-7.5, UTF-8,UTF-16, 以及 UTF-32。本文讨论UTF-8字符集的基础。

2字符集

如果UNICODE字符由2个字节表示，则编码成UTF-8很可能需要3个字节。而如果UNICODE字符由4个字节表示，则编码成UTF-8可能需要6个字节。用4个或6个字节去编码一个UNICODE字符可能太多了，但很少会遇到那样的UNICODE字符。 UTF-8转换表表示如下：

UNICODE

bit数

UTF-8

byte数

备注

0000 0000 ~

0000 007F

0~7

0XXX XXXX

1

 

0000 0080 ~

0000 07FF

8~11

110X XXXX

10XX XXXX

2

 

0000 0800 ~

0000 FFFF

12~16

1110XXXX

10XX XXXX

10XX XXXX

3

基本定义范围：0~FFFF

0001 0000 ~

001F FFFF

17~21

1111 0XXX

10XX XXXX

10XX XXXX

10XX XXXX

4

Unicode6.1定义范围：0~10 FFFF

0020 0000 ~

03FF FFFF

22~26

1111 10XX

10XX XXXX

10XX XXXX

10XX XXXX

10XX XXXX

5

 

0400 0000 ~

7FFF FFFF

27~31

1111 110X

10XX XXXX

10XX XXXX

10XX XXXX

10XX XXXX

10XX XXXX

6

 

实际表示ASCII字符的UNICODE字符，将会编码成1个字节，并且UTF-8表示与ASCII字符表示是一样的。所有其他的UNICODE字符转化成UTF-8将需要至少2个字节。每个字节由一个换码序列开始。第一个字节由唯一的换码序列，由n位连续的1加一位0组成, 首字节连续的1的个数表示字符编码所需的字节数。

示例

UNICODE uCA(1100 1010) 编码成UTF-8将需要2个字节：

uCA -> C3 8A

UNICODE uF03F (11110000 0011 1111) 编码成UTF-8将需要3个字节:

u F03F -> EF 80 BF

Unicode 16进制

Unicode 2进制

bit数

UTF-8 2进制

UTF-8 16进制

CA

1100 1010

8

1100 00111000 1010

C3 8A

F0 3F

11110000 0011 1111

16

111011111000 00001011 1111

EF 80 BF

由上分析可以看到，UNICODE到UTF-8的转换就是先确定编码所需要的UTF-8编码字节数，然后用UNICODE编码位从低位到高位依次填入上面表示为x的位上，不足的高位以0补充。

3优缺点

优点

UTF-8编码可以通过屏蔽位和移位操作快速读写。字符串比较时strcmp()和wcscmp()的返回结果相同，因此使排序变得更加容易。字节FF和FE在UTF-8编码中永远不会出现，因此他们可以用来表明UTF-16或UTF-32文本（见BOM） UTF-8 是字节顺序无关的。它的字节顺序在所有系统中都是一样的，因此它实际上并不需要BOM。

缺点

你无法从UNICODE字符数判断出UTF-8文本的字节数，因为UTF-8是一种变长编码它需要用2个字节编码那些用扩展ASCII字符集只需1个字节的字符 ISO Latin-1 是UNICODE的子集，但不是UTF-8的子集 8位字符的UTF-8编码会被email网关过滤，因为internet信息最初设计为7位ASCII码。因此产生了UTF-7编码。 UTF-8 在它的表示中使用值100xxxxx的几率超过50%， 而现存的实现如ISO 2022， 4873， 6429， 和8859系统，会把它错认为是C1 控制码。因此产生了UTF-7.5编码。

4修正更新

java使用UTF-16表示内部文本，并支持用于字符串串行化的非标准的修正UTF-8编码。

UTF-8保存使用

标准UTF-8和修正的UTF-8有两点不同：

修正的UTF-8中，null字符编码成2个字节（1100000010000000）而不是标准的1个字节（00000000），这样作可以保证编码后的字符串中不会嵌入null字符。因此如果在类C语言中处理字符串，文本不会在第一个null字符时截断（C字符串以'\0'结尾）。

在标准UTF-8编码中，超出基本多语言范围（BMP-BasicMultilingualPlain）的字符被编码为4字节格式，但是在修正的UTF-8编码中，他们由代理编码对（surrogatepairs）表示，然后这些代理编码对在序列中分别重新编码。结果标准UTF-8编码中需要4个字节的字符，在修正后的UTF-8编码中将需要6个字节。