各种字符编码方式详解及由来 (ANSI,UNICODE,UTF-8,GB2312,GBK)

 一直对字符的各种编码方式懵懵懂懂，什么 ANSI UNICODE UTF-8 GB2312 GBK 
DBCS UCS……是不是看的很晕， 假如您细细的阅读本文你一定可以清晰的理解他
们。Let's go! 
很久很久以前，有一群人，他们决定用 8 个可以开合的晶体管来组合成不同
的状态，以表示世界上的万物。 他们看到 8 个开关状态是好的， 于是他们把这称
为"字 节"。
再后来，他们又做了一些可以处理这些字节的机器， 机器开动了， 可以用字节来
组合出很多状态，状态开始变来变去。他们看到这样是好的，于是 它们就这机
器称为 " 计算机 " 。
开始计算机只在美国用。 八位的字节一共可以组合出 256(2 的 8 次方) 种不同
的状态。
他 们把其中的编号从 0 开始的 32 种状态分别规定了特殊的用途， 一但终端、打
印机遇上约定好的这些字节被传过来时，就要做一些约定的动作。遇上 00x10, 
终端就换行，遇上 0x07, 终端就向人们嘟嘟叫，例好遇上 0x1b, 打印机就打印
反白的字，或者终端就用彩色显示字母。 他们看到这样很好， 于是就把这些 0x20
以下的字节状态称为 " 控制码 "。
他们又把所有的空 格、标点符号、数字、大小写字母分别用连续的字节状态表
示，一直编到了第 127 号，这样计算机就可以用不同字节来存储英语的文字了。
大家看到这样， 都感觉 很好，于是大家都把这个方案叫做 ANSI 的"Ascii" 编码
（American Standard Code for Information Interchange ，美国信息互换标准
代码）。当时世界上所有的计算机都用同样的 ASCII 方案来保存英文文字。
后来，就像建造巴比伦塔一样，世界各地的都开始使用计算机，但是很多国
家用的不是英文，他们的字母里有许多是 ASCII 里没有的，为了可以在 计算机
保存他们的文字，他们决定采用 127 号之后的空位来表示这些新的字母、符号，
还加入了很多画表格时需要用下到的横线、竖线、交叉等形状，一直把序号 编
到了最后一个状态 255。从 128到 255这一页的字符集被称 " 扩展字符集 " 。从此
之后，贪婪的人类再没有新的状态可以用了，美帝国主义可能没有想到还 有第
三世界国家的人们也希望可以用到计算机吧！
等中国人们得到计算机时，已经没有可以利用的字节状态来表示汉字，况且有
6000多个常用汉字 需要保存呢。但是这难不倒智慧的中国人民，我们不客气地
把那些 127 号之后的奇异符号们直接取消掉 , 规定：一个小于 127 的字符的意义
与原来相同， 但两个大于 127 的字符连在一起时， 就表示一个汉字， 前面的一个
字节（他称之为高字节）从 0xA1 用到 0xF7 ，后面一个字节（低字节）从 0xA1
到 0xFE，这样我们就可以组合出大约 7000多个简体汉字了。在这些编码里，我
们还把数学符号、 罗马希腊的 字母、日文的假名们都编进去了， 连在 ASCII 里
本来就有的数字、 标点、字母都统统重新编了两个字节长的编码， 这就是常说的
" 全角"字符，而原来在 127 号以下的那些就叫 "半角"字符了。
中 国人民看到这样很不错，于是就把这种汉字方案叫做 "GB2312"。GB2312 是
对 ASCII 的中文扩展。
但是中国的汉字太多了，我 们很快就就发现有许多人的人名没有办法在这里打
出来，特别是某些很会麻烦别人的国家领导人。于是我们不得不继续把 GB2312 
没有用到的码位找出来老实不客气地用上。
后 来还是不够用，于是干脆不再要求低字节一定是 127 号之后的内码，只要第
一个字节是大于 127 就固定表示这是一个汉字的开始， 不管后面跟的是不是扩展
字符 集里的内容。结果扩展之后的编码方案被称为 GBK 标准， GBK 包括了
GB2312 的所有内容， 同时又增加了近 20000 个新的汉字 （包括繁体字） 和符号。
后来少数民族也要用电脑了，于是我们再扩展，又加了几千个新的少数民族 的
字，GBK 扩成了 GB18030。从此之后， 中华民族的文化就可以在计算机时代中传
承了。
中 国的程序员们看到这一系列汉字编码的标准是好的 ，于是通称他们叫做
"DBCS"（Double Byte Charecter Set 双字节字符集）。在 DBCS系列标准里，最
大的特点是两字节长的汉字字符和一字节长的英文字符并存于同一套编码方案
里，因此他们写的程序为了支持中文处 理，必须要注意字串里的每一个字节的
值，如果这个值是大于 127 的，那么就认为一个双字节字符集里的字符出现了。
那时候凡是受过加持， 会编程的计算机僧侣 们都要每天念下面这个咒语数百遍：
" 一个汉字算两个英文字符！一个汉字算两个英文字符…… " 
因为当时各个国家都像中国这样搞出一套自己的编码标准，结果互相之间谁
也不懂谁的编码，谁也不支持别人的编码， 连大陆和台湾这样只相隔了 150 海里，
使用 着同一种语言的兄弟地区，也分别采用了不同的 DBCS 编码方案——当时
的中国人想让电脑显示汉字， 就必须装上一个 " 汉字系统 "
，专门用来处理汉字的
显示、输入的问题，但是那个台湾的愚昧封建人士写的算命程序 就必须加装另
一套支持 BIG5 编码的什么 " 倚天汉字系统 "才可以用， 装错了字符系统， 显示就
会乱了套！这怎么办？而且世界民族之林中还有那些一时用不上电脑的穷苦人
民，他们的文字又怎 么办？
真是计算机的巴比伦塔命题啊！
正在这时，大天使加百列及时出现了——一个叫 ISO （国际标谁化组织）的国
际组织决定着手解决这个问题。 他们采用的方法很简单： 废了所有的地区性编码
方案，重新搞一个包括了地球上所有文化、所有字母和符号 的编码！他们打算
叫 它"Universal Multiple-Octet Coded Character Set" ， 简 称 UCS, 俗 称
"UNICODE"。
UNICODE 开始制订时， 计算机的存储器容量极大地发展了， 空间再也不成为问题
了。于是 ISO 就直接规定必须用两个字节， 也就是 16 位来统一表示所有的字符，
对于 ascii 里的那些“半角”字符，UNICODE 包持其原编码不变， 只是将其长度
由原来的 8 位扩展为 16 位，而其他文化和语言的字符则全部重新统一编码。由
于"半角" 英文符号只需要用到低 8 位，所以其高 8 位永远是 0，因此这种大气的
方案在保存英文文本时会多浪费一倍的空间。
这时候，从旧社会里走过来的程序员开始发现一个奇怪的现象：他们的 strlen
函数靠不住了，一个汉字不再是相当于两个字符了， 而是一个！是的，从 UNICODE 
开始，无论是半角的英文字母，还是全角的汉字，它们都是统一的 " 一个字符 " ！
同时，也都是统一的 "两个字节 "
，请注意 " 字符"和"字节"两个术语的不同， “字
节”是一个 8 位的物理存贮单元，而“字符”则是一个文化相关的符号。 在 UNICODE 
中，一个字符就是两个字节。一个汉字算两个英文字符的时代已经快过去了。
从前多种字符集存在时，那些做多语言软件的公司遇上过很大麻烦，他们为
了在不同的国家销售同一套软件， 就不得不在区域化软件时也加持那个双字节字
符集咒 语，不仅要处处小心不要搞错，还要把软件中的文字在不同的字符集中
转来转 去。 UNICODE 对于 他们 来说 是一 个很 好的 一揽 子解 决方案 ，于 是从
Windows NT 开始，MS 趁机把它们的操作系统改了一遍，把所有的核心代码都改
成了用 UNICODE 方式工作的版本，从这时开始， WINDOWS 系统终于无需要加装
各种本土语言系统，就可以显示全世界上所有文化的字符了。
但是， UNICODE 在制订时没有考虑与任何一种现有的编码方案保持兼容，这
使得 GBK 与 UNICODE 在汉字的内码编排上完全是不一样的， 没有一种简单的算
术方法可以把文本内容从 UNICODE编码和另一种编码进行转换， 这种转换必须通
过查表来进行。
如前所述， UNICODE 是用两个字节来表示为一个字符，他总共可以组合出
65535不同的字符，这大概已经可以覆盖世界上所有文化的符号。如果还不够也
没有关系， ISO 已经准备 了 UCS-4方案，说简单了就是四个字节来表示一个字
符，这样我们就可以组合出 21 亿个不同的字符出来 （最高位有其他用途），这大
概可以用到银河联邦成立 那一天吧！
 UNICODE 来到时，一起到来的还有计算机网络的兴起， UNICODE 如何在网络
上传输也是一个必须考虑的问题，于是面向传输的众多 UTF（ UCS Transfer 
Format）标准出现了，顾名思义， UTF8就是每次 8 个位传输数据，而 UTF16就
是每次 16 个位，只不过为了传输时的可靠性，从 UNICODE到 UTF 时并不是直接
的对应，而是要过一些算法和规则来转换。
受到过网络编程加持的计算机僧侣们都知道， 在网络里传递信息时有一个很重要
的问 题，就是对于数据高低位的解读方式，一些计算机是采用低位先发送的方
法，例如我们 PC机采用的 INTEL 架构，而另一些是采用高位先发送的方式， 在
网络中交换数据时， 为了核对双方对于高低位的认识是否是一致的， 采用了一种
很简便的方法，就是在文本流的开始时 向对方发送一个标志符——如果之后的
文本是高位在位， 那就发送 "FEFF"，反之，则发送 "FFFE"。不信你可以用二进制
方式打开一个 UTF-X格式的 文件，看看开头两个字节是不是这两个字节？
讲到这里，我们再顺便说说一个很著名的奇怪现象：当你在 windows 的记事
本里新建一个文件，输入 "联通" 两个字之后，保存，关闭，然后再次打开，你会
发现这两个字已经消失了，代之的是几个乱码！呵呵，有人说这就是联通之 所
以拼不过移动的原因。
其实这是因为 GB2312编码与 UTF8编码产生了编码冲撞的原因。
从网上引来一段从 UNICODE到 UTF8 的转换规则：
Unicode 
UTF-8 
0000 - 007F 
0xxxxxxx 
0080 - 07FF 
110xxxxx 10xxxxxx 
0800 - FFFF 
1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 
例如"汉"字的 Unicode 编码是 6C49。6C49在 0800-FFFF之间，所以要用 3 字
节模板： 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。将 6C49写成二进制是： 0110 1100 0100 
1001，将这个比特流按三字节模板的分段方法分为 0110 110001 001001 ，依次
代替模板中的 x，得到： 1110-0110 10-110001 10-001001 ，即 E6 B1 89，这就
是其 UTF8的编码。
而当你新建一个文本文件时， 记事本的编码默认是 ANSI, 如果你在 ANSI的编码
输入汉字，那么他实际就是 GB系列的编码方式，在这种编码下， " 联通" 的内码
是：
c1 1100 0001 
aa 1010 1010
 cd 1100 1101 
a8 1010 1000 
注意到了吗？第一二个字节、第三四个字节的起始部分的都是 "110" 和"10" ，
正好与 UTF8规则里的两字节模板是一致的， 于是再次打开记事本时， 记事 本就
误认为这是一个 UTF8编码的文件，让我们把第一个字节的 110和第二个字节的
10 去掉，我们就得到了 "00001 101010"，再把各位对齐，补上前导的 0，就得到
了"0000 0000 0110 1010" ，不好意思，这是 UNICODE的 006A，也就是小写的字
母"j" ，而之后的两字节用 UTF8解码之后是 0368，这个字符什么也不是。 这就 是
只有" 联通" 两个字的文件没有办法在记事本里正常显示的原因。
而如果你在 " 联通" 之后多输入几个字，其他的字的编码不见得又恰好是 110 和
10 开始的字节，这样再次打开时， 记事本就不会坚持这是一个 utf8 编码的文件，
而会用 ANSI的方式解读之，这时乱码又不出现了。
好了，终于可以回答 NICO的问题了，在数据库里，有 n 前缀的字串类型就
是 UNICODE类型，这种类型中， 固定用两个字节来表示一个字符， 无论这个字符
是汉字还是英文字母，或是别的什么。
如果你要测试 "abc 汉字"这个串的长度， 在没有 n 前缀的数据类型里， 这个
字串是 7 个字符的长度，因为一个 汉字相当于两个字符。而在有 n 前缀的数据
类型里，同样的测试串长度的函数将会告诉你是 5 个字符，因为一个汉字就是一
个字符。