计算机如何实现UTF-8、UTF-32编码方法

嵌入式电子 2024-01-02 18:51

Unicode,又称统一码、万国码、单一码,是计算机科学领域里的一项业界标准,包括字符集、编码方案等。


Unicode产生的背景

1.为何要有Unicode?
ASCII编码使用 8bit (b0-b7)中的最高位b7位作为奇偶校验位,用来保障传输的可靠性,所以ASCII一共定义了2^7=128个字符集合。
所谓奇偶校验,是指在代码传送过程中用来检验是否出现错误的一种方法,一般分奇校验和偶校验两种。奇校验规定:正确的代码一个字节中1的个数必须是奇数,若非奇数,则在最高位b7添1;偶校验规定:正确的代码一个字节中1的个数必须是偶数,若非偶数,则在最高位b7添1)


2.ASCII编码的问题

ASCII编码是美国制定的编码标准,它可以代表英文中的字符集合,但用来表示其他语言 如汉语、法语等是不够用的。中国为了让计算机识别汉语,制定了GB2312编码规范,使用两个字节代表一个汉字,支持65536个汉字。

这样发展的趋势是每个国家或地区制定自己语言的计算机字符编码,导致混乱不堪。

3.Unicode产生

Unicode 正是解决这个问题而诞生的,它对世界上绝大部分的文字的进行整理和统一编码。

事实上,历史上存在两个独立的尝试创立单一字符集的组织,即国际标准化组织(ISO)和多语言软件制造商组成的统一码联盟。前者开发的 ISO/IEC 10646 项目,后者开发的统一码项目。因此最初制定了不同的标准。

1991年前后,两个项目的参与者都认识到,世界不需要两个不兼容的字符集。于是,它们开始合并双方的工作成果,并为创立一个单一编码表而协同工作。从Unicode 2.0开始,Unicode采用了与ISO 10646-1相同的字库和字码;ISO也承诺,ISO 10646将不会替超出U+10FFFF的UCS-4编码赋值,以使得两者保持一致。

两个项目仍都存在,并独立地公布各自的标准。但统一码联盟和ISO/IEC JTC1/SC2都同意保持两者标准的码表兼容,并紧密地共同调整任何未来的扩展。

在发布的时候,Unicode一般都会采用有关字码最常见的字型,但ISO 10646一般都尽可能采用Century字型。
---来自百度百科


Unicode的编码方式

Unicode的编码空间可以划分为17个平面(plane),每个平面包含2的16次方(65536)个码位。

17个平面的码位可表示为从U+0000到U+10FFFF,共计1114112个码位,第一个平面称为基本多语言平面(Basic Multilingual Plane, BMP),或称第零平面(Plane 0)。其他平面称为辅助平面(Supplementary Planes)。
基本多语言平面内,从U+D800到U+DFFF之间的码位区段是永久保留不映射到Unicode字符,所以有效码位为1112064个。

为何要定义平面?为何划分基平面和辅助平面?基平面为何会有保留区段?


计算机如何实现

Unicode是一种编码方式,基于Unicode编码的计算机实现是有多种的。不同的实现方式其实是对Unicode的存储方式存在着差异,计算机实现Unicode可以认为是对Unicode的存储编码。
在这里我们已经进行了两次编码转换了,Unicode本身是字符对应数字的编码方案,而Unicode的计算机实现是Unicode对应的计算机存储编码方案。

为什么对计算机实现还要对Unicode做一次编码?

下面我们通过介绍不同的Unicode计算机实现方案来讨论一下这个问题。

我们应当知道,生活中的字符出现的概率是不一样的。例如,生活中我们常常使用 “你好” “早”等词汇,但是“耄耋” “饕餮”等这些字符我们很少用到。

基于以上的事实,如果我们把 “你好” “早”等这些高概率出现的字符使用较短的存储编码,而那些很少用到的字符使用较长的存储编码,
定义:假设有n个字符c1.....cn,每个字符出现的概率为p(n),每个字符的存储空间为s1.....sn,那么,字符平均存储空间计算公式:T = p(1)*s1+......p(n)*sn

下面我们分别计算一下不同编码实现方案的字符平均存储空间。


1.UTF-32

最容易想到的,也是最简单的计算机实现就是用四个字节(32bit)对Unicode编码字符进行存储,这就是UTF-32。UTF-32是最简单的程序实现方案(无需转换,与Unicode编码一一对应)。
好处:无需转换,速度快
坏处:浪费存储空间
T = 32bit


2.UTF-8

UTF-8是一种变长编码,对于一个Unicode的字符被编码成1至4个字节。Unicode编码与UTF-8的编码的对应关系:
Unicode编码
UTF-8编码(二进制)


U+0000 – U+007F
0xxxxxxx
U+0080 – U+07FF
110xxxxx 10xxxxxx
U+0800 – U+FFFF
1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
U+10000 – U+10FFFF
11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

一个字节的uft8表示的unicode 码范围为(0 ~0x7F)

两个字节长度的uft8 表示的unicode码范围为(0x80 ~ 0x07FF)

三个字节长度的uft8 表示的unicode码范围为(0x0800 ~ 0xFFFF)

四个字节长度的uft8 表示的unicode码范围为( 0x10000 ~ 0x10FFFF)

这样编码感觉复杂度变高了很多啊,但是,好处在于节省了存储空间,另外,兼容了旧的ASCII编码。

3.UTF-16

UTF-16也是一种变长编码,对于一个Unicode字符被编码成1至2个码元,每个码元为16位。

基本多语言平面(码位范围U+0000-U+FFFF)在基本多语言平面内的码位UTF-16编码使用1个码元且其值与Unicode是相等的(不需要转换)。举例如下:
Unicode字符UTF-16(码元)UTF-16 LE(字节)UTF-16 BE(字节)U+0041A0x00410x41 0x000x00 0x41U+7834破0x78340x34 0x780x78 0x34U+6653晓0x66530x53 0x660x66 0x53

辅助平面(码位范围U+10000-U+10FFFF)在辅助平面内的码位在UTF-16中被编码为一对16bit的码元(即32bit,4字节),称作代理对(surrogate pair)。组成代理对的两个码元前一个称为前导代理(lead surrogates)范围为0xD800-0xDBFF,后一个称为后尾代理(trail surrogates)范围为0xDC00-0xDFFF。

具体的转换过程为:
  1. 首先将unicode码表 - 0x10000 , 这样得到的辅助平面的码表范围为(U+0000 - U+FFFFF) ,总共最多20bit
  2. 将20bit ,分为high 10bit 与 low 10bit。high 1bit | 0xD800 得到前导代理, low 10bit | 0xDC00 得到后尾代理
从这里也可以理解为什么 在基本多语言平面中, (U+D800  ~ U+DFFF ) 要作为保留字符了
UTF-16既保留了解析速度,同时也比较节省存储空间。这个是UTF-8和UTF-32两者优点的结合。


关注公众号,加星标,回复1024获取学习资料,每天进步一点点。


声明:

本号原创、转载的文章、图片等版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。

关注、点赞、在看、转发,支持优质内容! 

评论
  • 物联网(IoT)的快速发展彻底改变了从智能家居到工业自动化等各个行业。由于物联网系统需要高效、可靠且紧凑的组件来处理众多传感器、执行器和通信设备,国产固态继电器(SSR)已成为满足中国这些需求的关键解决方案。本文探讨了国产SSR如何满足物联网应用的需求,重点介绍了它们的优势、技术能力以及在现实场景中的应用。了解物联网中的固态继电器固态继电器是一种电子开关设备,它使用半导体而不是机械触点来控制负载。与传统的机械继电器不同,固态继电器具有以下优势:快速切换:确保精确快速的响应,这对于实时物联网系统至
    克里雅半导体科技 2025-01-03 16:11 89浏览
  • 本文继续介绍Linux系统查看硬件配置及常用调试命令,方便开发者快速了解开发板硬件信息及进行相关调试。触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。查看系统版本信息查看操作系统版本信息root@ido:/# cat /etc/*releaseDISTRIB_ID=UbuntuDISTRIB_RELEASE=20.04DISTRIB_CODENAME=focalDIS
    Industio_触觉智能 2025-01-03 11:37 65浏览
  • 前言近年来,随着汽车工业的快速发展,尤其是新能源汽车与智能汽车领域的崛起,汽车安全标准和认证要求日益严格,应用范围愈加广泛。ISO 26262和ISO 21448作为两个重要的汽车安全标准,它们在“系统安全”中扮演的角色各自不同,但又有一定交集。在智能网联汽车的高级辅助驾驶系统(ADAS)应用中,理解这两个标准的区别及其相互关系,对于保障车辆的安全性至关重要。ISO 26262:汽车功能安全的基石如图2.1所示,ISO 26262对“功能安全”的定义解释为:不存在由于电子/电气系统失效引起的危害
    广电计量 2025-01-02 17:18 150浏览
  • 在快速发展的能源领域,发电厂是发电的支柱,效率和安全性至关重要。在这种背景下,国产数字隔离器已成为现代化和优化发电厂运营的重要组成部分。本文探讨了这些设备在提高性能方面的重要性,同时展示了中国在生产可靠且具有成本效益的数字隔离器方面的进步。什么是数字隔离器?数字隔离器充当屏障,在电气上将系统的不同部分隔离开来,同时允许无缝数据传输。在发电厂中,它们保护敏感的控制电路免受高压尖峰的影响,确保准确的信号处理,并在恶劣条件下保持系统完整性。中国国产数字隔离器经历了重大创新,在许多方面达到甚至超过了全球
    克里雅半导体科技 2025-01-03 16:10 58浏览
  •  在这个日新月异的科技时代,智能家居正以前所未有的速度融入我们的日常生活,从智能灯光到温控系统,从安防监控到语音助手,每一处细节都透露着科技的温度与智慧。而在这场智能化浪潮中,一个看似不起眼却至关重要的组件——晶体管光耦,正扮演着连接物理世界与数字世界的隐形桥梁角色,默默推动着智能家居行业的发展与革新。 晶体管光耦——智能家居的“神经递质”晶体管光耦,作为一种能够将电信号转换为光信号,再通过光信号控制另一侧电路开关的电子元器件,其独特的工作原理使得它在隔离传输、抗干扰及保护电
    晶台光耦 2025-01-02 16:19 107浏览
  • 自动化已成为现代制造业的基石,而驱动隔离器作为关键组件,在提升效率、精度和可靠性方面起到了不可或缺的作用。随着工业技术不断革新,驱动隔离器正助力自动化生产设备适应新兴趋势,并推动行业未来的发展。本文将探讨自动化的核心趋势及驱动隔离器在其中的重要角色。自动化领域的新兴趋势智能工厂的崛起智能工厂已成为自动化生产的新标杆。通过结合物联网(IoT)、人工智能(AI)和机器学习(ML),智能工厂实现了实时监控和动态决策。驱动隔离器在其中至关重要,它确保了传感器、执行器和控制单元之间的信号完整性,同时提供高
    腾恩科技-彭工 2025-01-03 16:28 93浏览
  • Matter加持:新世代串流装置如何改变智能家居体验?随着现在智能家庭快速成长,串流装置(Streaming Device,以下简称Streaming Device)除了提供更卓越的影音体验,越来越多厂商开始推出支持Matter标准的串流产品,使其能作为智能家庭中枢,连结多种智能家电。消费者可以透过Matter的功能执行多样化功能,例如:开关灯、控制窗帘、对讲机开门,以及操作所有支持Matter的智能家电。此外,再搭配语音遥控器与语音助理,打造出一个更加智能、便捷的居家生活。支持Matter协议
    百佳泰测试实验室 2025-01-03 10:29 66浏览
  • 在科技飞速发展的今天,机器人已经逐渐深入到我们生活和工作的各个领域。从工业生产线上不知疲倦的机械臂,到探索未知环境的智能探测机器人,再到贴心陪伴的家用服务机器人,它们的身影无处不在。而在这些机器人的背后,C 语言作为一种强大且高效的编程语言,发挥着至关重要的作用。C 语言为何适合机器人编程C 语言诞生于 20 世纪 70 年代,凭借其简洁高效、可移植性强以及对硬件的直接操控能力,成为机器人编程领域的宠儿。机器人的运行环境往往对资源有着严格的限制,需要程序占用较少的内存和运行空间。C 语言具有出色
    Jeffreyzhang123 2025-01-02 16:26 129浏览
  • 影像质量应用于多个不同领域,无论是在娱乐、医疗或工业应用中,高质量的影像都是决策的关键基础。清晰的影像不仅能提升观看体验,还能保证关键细节的准确传达,例如:在医学影像中,它对诊断结果有着直接的影响!不仅如此,影像质量还影响了:▶ 压缩技术▶ 存储需求▶ 传输效率随着技术进步,影像质量的标准不断提高,对于研究与开发领域,理解并提升影像质量已成为不可忽视的重要课题。在图像处理的过程中,硬件与软件除了各自扮演着不可或缺的基础角色,有效地协作能够确保图像处理过程既高效又具有优异的质量。软硬件各扮演了什么
    百佳泰测试实验室 2025-01-03 10:39 63浏览
  • 车身域是指负责管理和控制汽车车身相关功能的一个功能域,在汽车域控系统中起着至关重要的作用。它涵盖了车门、车窗、车灯、雨刮器等各种与车身相关的功能模块。与汽车电子电气架构升级相一致,车身域发展亦可以划分为三个阶段,功能集成愈加丰富:第一阶段为分布式架构:对应BCM车身控制模块,包含灯光、雨刮、门窗等传统车身控制功能。第二阶段为域集中架构:对应BDC/CEM域控制器,在BCM基础上集成网关、PEPS等。第三阶段为SOA理念下的中央集中架构:VIU/ZCU区域控制器,在BDC/CEM基础上集成VCU、
    北汇信息 2025-01-03 16:01 91浏览
  • 【工程师故事】+半年的经历依然忧伤,带着焦虑和绝望  对于一个企业来说,赚钱才是第一位的,对于一个人来说,赚钱也是第一位的。因为企业要活下去,因为个人也要活下去。企业打不了倒闭。个人还是要吃饭的。企业倒闭了,打不了从头再来。个人失业了,面对的不仅是房贷车贷和教育,还有找工作的焦虑。企业说,一个公司倒闭了,说明不了什么,这是正常的一个现象。个人说,一个中年男人失业了,面对的压力太大了,焦虑会摧毁你的一切。企业说,是个公司倒闭了,也不是什么大的问题,只不过是这些公司经营有问题吧。
    curton 2025-01-02 23:08 183浏览
  • 从无到有:智能手机的早期探索无线电话装置的诞生:1902 年,美国人内森・斯塔布菲尔德在肯塔基州制成了第一个无线电话装置,这是人类对 “手机” 技术最早的探索。第一部移动手机问世:1938 年,美国贝尔实验室为美国军方制成了世界上第一部 “移动” 手机。民用手机的出现:1973 年 4 月 3 日,摩托罗拉工程师马丁・库珀在纽约曼哈顿街头手持世界上第一台民用手机摩托罗拉 DynaTAC 8000X 的原型机,给竞争对手 AT&T 公司的朋友打了一个电话。这款手机重 2 磅,通话时间仅能支持半小时
    Jeffreyzhang123 2025-01-02 16:41 138浏览
  • 在测试XTS时会遇到修改产品属性、SElinux权限、等一些内容,修改源码再编译很费时。今天为大家介绍一个便捷的方法,让OpenHarmony通过挂载镜像来修改镜像内容!触觉智能Purple Pi OH鸿蒙开发板演示。搭载了瑞芯微RK3566四核处理器,树莓派卡片电脑设计,支持开源鸿蒙OpenHarmony3.2-5.0系统,适合鸿蒙开发入门学习。挂载镜像首先,将要修改内容的镜像传入虚拟机当中,并创建一个要挂载镜像的文件夹,如下图:之后通过挂载命令将system.img镜像挂载到sys
    Industio_触觉智能 2025-01-03 11:39 62浏览
  • 光耦合器,也称为光隔离器,是一种利用光在两个隔离电路之间传输电信号的组件。在医疗领域,确保患者安全和设备可靠性至关重要。在众多有助于医疗设备安全性和效率的组件中,光耦合器起着至关重要的作用。这些紧凑型设备经常被忽视,但对于隔离高压和防止敏感医疗设备中的电气危害却是必不可少的。本文深入探讨了光耦合器的功能、其在医疗应用中的重要性以及其实际使用示例。什么是光耦合器?它通常由以下部分组成:LED(发光二极管):将电信号转换为光。光电探测器(例如光电晶体管):检测光并将其转换回电信号。这种布置确保输入和
    腾恩科技-彭工 2025-01-03 16:27 87浏览
  • 国际标准IPC 标准:IPC-A-600:规定了印刷电路板制造过程中的质量要求和验收标准,涵盖材料、外观、尺寸、焊接、表面处理等方面。IPC-2221/2222:IPC-2221 提供了用于设计印刷电路板的一般原则和要求,IPC-2222 则针对高可靠性电子产品的设计提供了进一步的指导。IPC-6012:详细定义了刚性基板和柔性基板的要求,包括材料、工艺、尺寸、层次结构、特征等。IPC-4101:定义了印刷电路板的基板材料的物理和电气特性。IPC-7351:提供了元件封装的设计规范,包括封装尺寸
    Jeffreyzhang123 2025-01-02 16:50 156浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦