char 搞明白了吗?

布满荆棘的人生 2021-07-31 13:15 413阅读 0赞

可能很多人对Java中最简单的Char类型根本不屑一顾，不就是一个字符吗？能玩出什么花来？真的是这样吗？真不一定，我见过的几个所谓的高工对char的理解可能都是在比较浅的水平。今天我就带大家从高工的角度思考这个简单的Java类型Char。

抛出问题：char如何存UTF-8字符？

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UTF-8的由来

我们知道char是占两个字节的这个大家都知道，那UTF-8是什么呢？我们见得比较多，真正能说清楚的也不见得都能做到，在谈到UTF-8，我们不得不谈下Unicode，对于有些人来说Unicode可能稍微陌生点，但是说到ASCII码估计大家都知道。

简单说明下，我们知道计算机只能识别0和1，那么如何将我们这个世界中如此众多的文字呈现或者传播呢？美国人搞了个ASCII码就是一个将英文中的字母和一些特殊符号一共128种，使用7位二进制数字一一对应起来（说白了就是符号和7位二进制数的映射表）。

计算机中每八位二进制组成一个字节，它是计算机存储的最小单位。那么我们就可以用一个字节，最高为用0占位就完全足够标识英文中的任何字母了，这样就可以将英文在计算机中进行无压力的传播啦。（举个例子：字母“A”对应的二进制数为“01000001”即十进制的41）不错！这确实解决了美国的问题，可是世界上那么多国家的不同文字字符，不全是英文字母啊，这怎么行呢？

诶？！于是Unicode诞生了，他将编号范围扩大为**0x000000~0x10FFFF**来将世界上绝大多数的字符一一映射起来了。（Unicode可以说是对ASCII的补充，它也是一个字符集）比如中文“马”字，对应的唯一的Unicode编号为U+9A6C(16进制的表示方式)。

注意Unicode只是规定了字符的编号，并没有说明以什么样的形式存储，你可以说直接将编号转换成二进制进行存储不就可以了吗？不错，这么做确实可以，但是会带来几个问题？

*  如何和ASCII码区分开来，计算机无法知道三个字节表示一个字符还是三个不同的字符？
 *  英文字符只需要一个字节就能表示完，如果Unicode统一说使用三个或者四个字节表示一个字符，那么对于英文字符存储空间造成很大的浪费

所以，出现了很多中来**实现Unicode编码方式，UTF-8就是其中一种，他是一种变长的编码方式**，比如英文字符他只使用一个字节存储，按照不同的Unicode编号，将他们划成四个范围，分别对应使用一个、两个、三个、四个字节。

而且编码规则简单，便于计算机判断当前多少个字节表示一个字符。比如检测到当前字节以0开头，那么当前字节就对应一个字符，如果开头是“1”，那么开头有多少个连续的“1”就表示当前这个字符占用多少个字节来存储。

以上，让我们知道了UTF-8其实就是Unicode字符集的一种编码方式，它可能会占用1~4个字节。

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回归问题

那么，回到最初的问题,char是两个字节的，那么怎么使用char类型存UTF-8编码的字符呢（可能会是3或者4个字节）？

其实，我们可以定义一个char类型的数据赋值为'庆'，'庆'使用utf-8编码后为：e5ba86，不错是三个字节，三个字节怎么赋值给只占两个字节的char类型变量呢？可是事实是确实可以赋值的：

char test = '庆';

确实编译器没有报错，咋回事呢？这里就是大家的误区了。其实'庆'使用utf-16进行编码无论是大尾序utf-16BE(5E86)还是使用小尾序utf-16LE(865E)进行编码都是占用两个字节也就是一个字符的。

所以，我们要了解一个事实就是JVM中对char是使用UTF-16编码的。使用UTF-16的好处是大部分字符都能以固定两个字节存储，但是这样的坏处就是对于英文字符存储就造成浪费，但是为了解决这个问题，Java9以后对字符串做了优化，对于字符串里面都是拉丁字母或者ASCII码中的字符，不使用UTF-16编码存储，而是使用byte存储，这样可以省一部分空间。

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发散性思考

emoji的表情"????"这个字符是占用几个字节呢，你可以这么赋值吗？

char emoji = '????';

发现编译器会报错的，我们换成下面的字符串的方式就没有问题了：

String emoji = "????"；
    System.out.println(emoji.length());
    // 输出 2

这是为什么呢？感兴趣的读者可以去查下"????"这个表情的码点（Unicode中对应的值），使用UTF-16进行编码后看看有多少个字节，就知道为什么不能用char来存储了。

总结：本文看起来简单，其实讲的细节也是蛮多的。需要读者的基础知识比较扎实，对Unicode字符集，utf-8、utf-16编码都有一定的了解。