字符集和编码 字节序

hechengjin

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字符集和编码

为什么要考虑文件的编码？
当你将文件从阿拉伯传到中国，告诉你的中国朋友要进行一个外部排序，你的中国朋友也许会傻：

上面是什么？乱码.
你也可以这样体验乱码：

echo "数" > t.txticonv -f UTF-8 -t UNICODE t.txt��pe

好了，你知道了如果不知道文件的编码，你可能会解析到乱码.

字符集是什么？

charset - > char-set，字符的集合.比如UNICODE、ASCII

编码是什么？

encoding,字符的表示.比如UTF-8、ASCII

字符集和编码的关系

你晕了，我也晕了，ASCII码怎么既是字符集又是编码？

历史上，字符集和编码是同义词，实际却又不尽相同，没有一个规范地定义，那怎么理解呢？

字符集，往往强调其所“支持”的字符范围，集外的字符它不支持.集合就有一个边界，边界内的我给个表示，边界外的我不知道怎么表示。

编码，往往强调针对某个字符集的字符，我这么去转换表达为机器可理解的方式-二进制，如果对某个字符集的字符，我的转换方式和其一致，那么我既是编码也是字符集，否则我就只是一种字符集的转换格式。

那么，UNICODE是字符集，它所支持的字符，在它内部，也有个表示，这种表示是不是一种编码？毫无疑问，是一种编码。

UTF-8是一种编码，是对UNICODE的一个变长实现，这种编码和UNICODE编码是什么关系？转换关系。

所以看编码还是字符集，往往要看“语境”。

举个简单的例子：

汉字：“数”

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编码/字符集进制值
UNICODE166570
UNICODE2110010101110000
UTF-816E6 95 B0
UTF-82111001101001010110110000

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这个例子，你可以这样体验：

/// 看utf-8echo "数" > t.txthexdump -xv -C t.txt0000000    95e6    0ab0                                                00000000  e6 95 b0 0a                                       |....|00000004/// 看unicodeiconv -f utf-8 -t unicode t.txt | hexdump -xv -C0000000    feff    6570    000a                                        00000000  ff fe 70 65 0a 00                                 |..pe..|00000006

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字节序

如果你注意到汉字“数”经过UTF-8编码后的16进制是E6 95 B0,再给它后面加个换行是E6 95 B0 0A，你用下面的方法会看到：

hexdump -xv -C t.txt0000000    95e6    0ab0                                                00000000  e6 95 b0 0a                                       |....|00000004

按双字节（16位）的方式解析，你得到是95 E6 0A B0，你一定很费解，然并卵，这种费解的根源就是字节序造成的。

字节序就是字节的顺序，如果按照双字节（16位）的方式解析E6 95 B0 0A，那么读16位，得到E6 95，字节序反一下，得到95 E6，再读16位，得到B0 0A，字节序反一下，得到0A B0，合起来就是95 E6 0A B0。

这种“反字节序”就叫Little-Endian，小端或者小尾。

大端(Big-Endian | BE)

注：图片来自wiki

从上图可以看出，一个数的最高字节被放在内存的低地址处：
0A -> a + 0，这种方式就是大端（Big-Endian），数的最高字节叫作Most Significant Byte，这个你可以称作最高有效字节或者最重要的字节，为什么最重要呢？

对于1个数来讲，它的最高字节能反映这个数的符号（正负），也比低位字节更能代表这个数的大小。

大端存储的特点也决定了它的优点，就是近似估计一个数的大小和符号，只需要取最高字节即可。

小端(Little-Endian | LE)

反之，如果一个数的最低字节被放在内存的低地址处：
0D -> a + 0，这种方式就是小端（Little-Endian），数的最低字节叫作Least Significant Byte，可以称作最低有效字节或者最不重要的字节。

32位/64位地址下：

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10进制16进制位数（bits）/字节数(bytes)BELE
1684961410A 0B 0C 0D32/40A 0B 0C 0D0D 0C 0B 0A
30850C 0D16/20C 0D0D 0C

很显然，大端存储符合我们人类从左往右书写或阅读的习惯，为什么又要出一个如此麻烦的小端存储呢？

小端存储，取数的时候可以这样：
a + 0 -> 第一个字节
a + 1 -> 第二个字节
a + 2 -> 第三个字节
a + 3 -> 第四个字节
一个基址a，+不同的偏移即可完成不同精度的取数操作，high么？

如何区分大端还是小端？

如果你注意到：

/// 看unicodeiconv -f utf-8 -t unicode t.txt | hexdump -xv -C0000000    feff    6570    000a                                        00000000  ff fe 70 65 0a 00                                 |..pe..|00000006

那么前2个字节feff就表示了小端存储，很简单，fe < ff，这2个字节叫作Byte Order Mark，称字节序标记，不仅可以用作区分文件是大端/小端存储，还可以表示编码。

至于编程的方式区分大端小端，这个如果你谨记字节序的含义相信不难写出代码：

        /// java获取字节序BE/LE        Field us = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");        us.setAccessible(true);        Unsafe unsafe = (Unsafe)us.get(null);        long a = unsafe.allocateMemory(8);        ByteOrder byteOrder = null;        try {            unsafe.putLong(a, 0x0102030405060708L);            byte b = unsafe.getByte(a);            switch (b) {            case 0x01: byteOrder = ByteOrder.BIG_ENDIAN;     break;            case 0x08: byteOrder = ByteOrder.LITTLE_ENDIAN;  break;            default:                assert false;                byteOrder = null;            }        } finally {            unsafe.freeMemory(a);        }        System.out.println(byteOrder.toString());

用C/C++就更简单了，一个union就搞定了.

字节序影响了什么？

字符集和编码如果搞错，会导致乱码，字节序搞错，会导致错码，很显然0C0D和0D0C不是同一个数，不是么？