- 基本概念
Encoding意思是“编码”，与其对应的是Decoding，即“解码”。计算机为什么要进行“编码”和“解码”呢？
我们知道，计算机以二进制形式来传输数据，每一个二进制位（bit）有0和1两种状态。无论从键盘输入，还是读取一个文件，计算机处理的内容其实都是一堆二进制序列。计算机想要读取一些内容，进行处理，然后重新显示到屏幕上，就必须按照某种特定的规则进行编码和解码。例如，把字符'A'存入计算机时，计算机会用"01100001"二进制字符串来表示和处理该字符；读取时，再将"01100001"还原成字符'A'。
字符集（Charset）：系统支持的所有字符的集合。字符是各种文字和符号的总称，包括各国家文字、标点符号、图形符号、数字等。
字符编码（Character Encoding）：是一套法则，使用该法则能够对自然语言的字符集（如字母表或音节表），与其他东西的集合（如号码或电脉冲）进行配对。通常人们用自然语言来表达信，而以计算机为基础的信息处理系统则是利用元件（硬件）不同状态的组合来存储和处理信息的。简单来说，编码、解码就是在做翻译工作。将人类理解的自然语言翻译成为计算机理解的二进制数的过程称为“编码（Encoding）”；将这些二进制数重新转化为自然语言的过程称为“解码（Decoding）”，解码，是编码的逆过程。
- 常见字符集与编码
常见字符集包含：ASCII、GB2312、BIG5、GB18030、Unicode等。每一种字符集都有对应的编码标准。
2.1 ASCII码
在计算机中，所有数据在传输、存储和处理时，都用二进制数来表示，这是因为计算机分别用高电平和低电平表示1和0。我们将一个二进制位称为一个bit，每个bit有 0 和 1 两种状态。8个二进制位（bit）被称为一个字节（byte）。因此，一个字节可以用来表示 28 = 256 种不同的状态，每一个状态对应一个符号，就是256个符号，从00000000到11111111。
ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）是美国制定的基于拉丁字母的一套电脑编码系统，主要用于显示英语和其他西欧语言。它是现今最通用的单字节编码系统。ASCII 码使用指定的7位或8位二进制数组合来表示 27 = 128 或 28 = 256 种可能的字符。
2.1.1 标准ASCII码
标准ASCII码也叫基础ASCII码，标准ASCII码字符集主要包括:
控制字符（回车键、退格、换行键等）
英文大小写字符
阿拉伯数字
标准ASCII字符编码只占用一个字节的后7位，最前面一位统一规定为0。用来表示所有的大小写字母，数字0到9、标点符号，以及控制字符。其中：
0 ～ 31 及 127 是控制字符或通信专用字符。如：LF（换行）、CR（回车）、BS（退格)等
32是空格
48 ～ 57 为0到9十个阿拉伯数字
65 ～ 90 为26个大写英文字母
97 ～ 122 为26个小写英文字母
其余为一些标点符号、运算符号等
image.png
ASCII码排序：数字的ASCII码 < 大写字母的ASCII码 < 小写字母的ASCII码。
2.1.2 扩展ASCII码
英语用128个符号编码就够了，但是其他语言，128个符号远远不够。于是，一些欧洲国家就决定，利用字节中闲置的最高位编入新的符号，这样就可以表示最多256个符号。扩展ASCII码就是从128 到 255（0x80-0xff）的字符。扩展ASCII码允许将每个字符的第8 位用于确定附加的128 个特殊符号字符、外来语字母和图形符号。
针对扩展的ASCII码，不同的国家有不同的字符集，所以它并不是国际标准。比如，130在法语编码中代表了é，在希伯来语编码中却代表了字母Gimel (ג)，在俄语编码中又会代表另一个符号。
2.2 GBXXXX
计算机发明后很长一段时间，只用应用于一些西方发达国家，ASCII就能够满足需要。但当计算机在中国兴起之后，必须设计一套编码规则来对汉字进行编码。
2.2.1 GB2312
GB2312 或 GB2312–80 是简体中文字符集，全称《信息交换用汉字编码字符集·基本集》，又称GB0，由中国国家标准总局发布，1981年5月1日实施。GB2312编码通行于中国大陆；新加坡等地也采用此编码。中国大陆几乎所有的中文系统和国际化的软件都支持GB2312。
GB2312字符集共收录6763个汉字，其中一级汉字3755个，二级汉字3008个；同时收录了包括拉丁字母、希腊字母、日文平假名及片假名字母、俄语西里尔字母在内的682个字符。
把扩展ASCII码中127号之后的符号去掉，GB2312字符编码规则如下：
小于127的字符的意义与标准ASCII码相同，称为半角字符
两个大于127的字符连在一起时，就表示一个汉字，前一个字节（高字节）从0xA1到 0xF7，后一个字节（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，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
GB2312的出现，基本满足了汉字的计算机处理需要，它所收录的汉字已经覆盖中国大陆99.75%的使用频率。但对于人名、古汉语等方面出现的罕用字和繁体字，GB2312仍然不能处理，因此后来GBK及GB18030汉字字符集相继出现以解决这些问题。
2.2.2 GBK
GBK（Chinese Internal Code Specification），汉字内码扩展规范。GBK 共收入 21886 个汉字和图形符号，其中包括GB2312 中的全部汉字、非汉字符号。
GBK 采用双字节表示，总体编码范围为 8140-FEFE 之间，首字节在 81-FE 之间，尾字节在 40-FE 之间，剔除 XX7F 一条线。GBK 编码区分三部分：
image.png
① 汉字区 包括：
GBK/2：OXBOA1-F7FE, 收录 GB 2312 汉字 6763 个，按原序排列
GBK/3：OX8140-AOFE，收录 CJK 汉字 6080 个
GBK/4：OXAA40-FEAO，收录 CJK 汉字和增补的汉字8160个
② 图形符号区 包括：
GBK/1：OXA1A1-A9FE，除 GB 2312 的符号外，还增补了其它符号
GBK/5：OXA840-A9AO，扩除非汉字区
③ 用户自定义区
GBK 区域中的空白区，用户可以自己定义字符
2.2.3 GB 18030
GBK只为“技术规范指导性文件”，不属于国家标准。国家质量技术监督局于2000年3月17日推出了GB 18030-2000标准，以取代GBK。GB 18030-2000除保留全部GBK编码汉字，在第二字节把能使用范围再度进行扩展，增加了大约一百个汉字及四位元组编码空间，但是将GBK作为子集全部保留。
GB18030主要有以下特点：
采用变长多字节编码，每个字可以由1个、2个或4个字节组成
编码空间庞大，最多可定义161万个字符
支持中国国内少数民族文字，不需要动用造字区
汉字收录范围包含繁体汉字以及日韩汉字
GB18030算得上是一种Unicode的变换格式（UTF），但和UTF-8相比要复杂得多。GB18030包含三种长度的编码：单字节的ASCII、双字节的GBK（略带扩展）、以及用于填补所有Unicode码位的四字节UTF区段。
2.3 Unicode
要想打开一个文件，就必须知道它的编码方式，否则用错误的编码方式解读，就会出现乱码。为什么你发给别人的文件会变成乱码？就是因为发送者和接收者的编码方式不一样。
ASCII码的问题在于，尽管在0-127号字符的使用上达成了一致，但对于128-255号字符，各个语言却对其有不同的解释。汉字等亚洲语言就更糟心了，一个字节不够用，开始使用两个字节来存储。
那么问题来了，到底有没有一种编码标准，囊括世界上所有语言的字符集？如果每一个符号都给予一个独一无二的编码，那么乱码问题就会得到彻底的解决。没错，Unicode标准字符集诞生了。
Unicode（统一码、万国码、单一码、标准万国码）是业界的一种标准，基于通用字符集（Universal Character Set）的标准来发展。到目前为止，Unicode 就已经包含了超过十万个字符。
目前的Unicode字符分为17组编排，0x0000 至 0x10FFFF，每组称为平面（Plane），而每平面拥有216 = 65536 个码位，共1114112个。然而目前只用了少数平面。
image.png
基本多文种平面（Basic Multilingual Plane, BMP），或称第0平面或0号平面（Plane 0），是Unicode中的一个最常用的编码区段。编码从U+0000至U+FFFF。以下是Unicode基本多文种平面的示意图。每个写着数字的格子代表256个码点。
image.png
UCS-2是指用两个字节对应一个字符的字符集；UCS-4则是指用四个字节对应一个字符的字符集。我们可以认为，目前为止Unicode有两个具体的字符集：UCS-2和UCS-4。
Unicode 只是一个庞大的、全球通用的字符集，每个字符在Unicode字符集中都能找到唯一确定的编号（字符码，又称Unicode码），但在实际传输过程中，由于不同系统平台的设计不一定一致，以及出于节省空间的目的，Unicode的实现方式有所不同。Unicode的实现方式称为Unicode转换格式（Unicode Transformation Format，简称为UTF）。
UTF包括UTF-7、UTF-8、UTF-16和UTF-32，后面的数字代表转换时最小的位数，比如，UTF-8就是用几个8位二进制数来代表一个Unicode编码。当下两个最流行的Unicode实现是UTF-8 和 UTF-16。
2.3.1 UTF-8
如果每个字符都使用2字节的原Unicode编码传输，其第一字节的8位始终为0。这就造成了比较大的浪费。对于这种情况，可以使用UTF-8编码。
UTF-8（8-bit Unicode Transformation Format）是一种针对Unicode的可变长度字符编码，以 8 bit为一个编码单位，使用1~4个字节表示一个符号，根据不同的符号而变化字节长度。UTF-8是在互联网上使用最广的一种Unicode的实现方式。
UTF-8 的编码规则：
1）对于单字节的符号，字节的第一位设为0，后面7位为这个符号的 Unicode 码。因此对于英语字母，UTF-8 编码和 ASCII 码是相同的。
2）对于n字节的符号（n > 1），第一个字节的前n位都设为1，第n + 1位设为0，后面字节的前两位一律设为10。剩下的没有提及的二进制位，全部为这个符号的 Unicode 码。
下表总结了编码规则，字母x表示可用编码的位。
image.png
跟据上表，解读 UTF-8 编码非常简单。如果一个字节的第一位是0，则这个字节单独就是一个字符；如果第一位是1，则连续有多少个1，就表示当前字符占用多少个字节。
2.3.2 UTF-16
尽管有Unicode字符非常多，但是实际上大多数人不会用到超过前65535个以外的字符。因此，就有了另外一种Unicode编码方式，叫做UTF-16(因为16位 = 2字节)。UTF-16将0–65535范围内的字符编码成2个字节。其编码方法是：
如果字符编码U小于0x10000，也就是十进制的0到65535之内，则直接使用两字节表示；
如果字符编码U大于0x10000，由于UNICODE编码范围最大为0x10FFFF，从0x10000到0x10FFFF之间 共有0xFFFFF个编码，也就是需要20个bit就可以标示这些编码。用U'表示从0-0xFFFFF之间的值，将其前 10 bit作为高位和16 bit的数值0xD800进行 逻辑or 操作，将后10 bit作为低位和0xDC00做 逻辑or 操作，这样组成的 4个byte就构成了U的编码。
- HTTP中的字符编码
在HTTP中，与字符集和字符编码相关的消息头包含：Accept-Charset Accept-Encoding Accept-LanguageContent-Type Content-Encoding Content-Language：
Accept-Charset：浏览器申明自己接收的字符集，如：gb2312，utf-8。通常我们说Charset包括了相应的字符编码方案
Accept-Encoding：浏览器申明自己接收的编码方法，通常指定压缩方法，是否支持压缩，支持什么压缩方法，如：gzip，deflate
Accept-Language：浏览器申明自己接收的语言。语言跟字符集的区别：中文是语言，中文有多种字符集，比如big5，gb2312，gbk等等
Content-Type：WEB服务器告诉浏览器自己响应的对象的类型和字符集。例如：Content-Type: text/html; charset=‘gb2312’
Content-Encoding：WEB服务器表明自己使用了什么压缩方法（gzip，deflate）压缩响应中的对象。例如：Content-Encoding：gzip
Content-Language：WEB服务器告诉浏览器自己响应的对象的语言。
网友评论