Python字符和编码

灰太狼 2022-01-06 16:35 226阅读 0赞

**1. 字符和编码**

**背景**

因为计算机只能处理数字，如果要处理文本，就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特（bit）作为一个字节（byte）。

由于计算机是美国人发明的，因此，最早只有127个字符被编码到计算机里，也就是大小写英文字母、数字和一些符号，这个编码表被称为`ASCII`编码，比如大写字母`A`的编码是`65`，小写字母`z`的编码是`122。`

但是要处理中文显然一个字节是不够的，至少需要两个字节，而且还不能和ASCII编码冲突，所以，中国制定了`GB2312`编码，用来把中文编进去。

你可以想得到的是，全世界有上百种语言，日本把日文编到`Shift_JIS`里，韩国把韩文编到`Euc-kr`里，各国有各国的标准，就会不可避免地出现冲突，结果就是，在多语言混合的文本中，显示出来会有乱码。

因此，Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里，这样就不会再有乱码问题了。

Unicode标准也在不断发展，但最常用的是用两个字节表示一个字符（如果要用到非常偏僻的字符，就需要4个字节）。现代操作系统和大多数编程语言都直接支持Unicode。

**ASCII编码Unicode编码UTF-8编码**

ASCII编码是1个字节，而Unicode编码通常是2个字节。

字母`A`用ASCII编码是十进制的`65`，二进制的`01000001`

汉字`中`已经超出了ASCII编码的范围，用Unicode编码是十进制的`20013`，二进制的`01001110 00101101`。

如果把ASCII编码的`A`用Unicode编码，只需要在前面补0就可以，因此，`A`的Unicode编码是`00000000 01000001`。

新的问题又出现了：如果统一成Unicode编码，乱码问题从此消失了。但是，如果你写的文本基本上全部是英文的话，用Unicode编码比ASCII编码需要多一倍的存储空间，在存储和传输上就十分不划算。

所以，本着节约的精神，又出现了把Unicode编码转化为“可变长编码”的`UTF-8`编码。UTF-8编码把一个Unicode字符根据不同的数字大小编码成1-6个字节，常用的英文字母被编码成1个字节，汉字通常是3个字节，只有很生僻的字符才会被编码成4-6个字节。如果你要传输的文本包含大量英文字符，用UTF-8编码就能节省空间。

在计算机内存中，统一使用Unicode编码，当需要保存到硬盘或者需要传输的时候，就转换为UTF-8编码。

用记事本编辑的时候，从文件读取的UTF-8字符被转换为Unicode字符到内存里，编辑完成后，保存的时候再把Unicode转换为UTF-8保存到文件。

浏览网页的时候，服务器会把动态生成的Unicode内容转换为UTF-8再传输到浏览器。

注意：申明了UTF-8编码并不意味着你的`.py`文件就是UTF-8编码的，必须并且要确保文本编辑器正在使用UTF-8 without BOM编码

**2. 函数**

对于单个字符的编码，Python提供了`ord()`函数获取字符的整数表示，`chr()`函数把编码转换为对应的字符：

>>> ord('A') 65 >>> ord('中') 20013 >>> chr(66) 'B' >>> chr(25991) '文'

由于Python的字符串类型是`str`，在内存中以Unicode表示，一个字符对应若干个字节。如果要在网络上传输，或者保存到磁盘上，就需要把`str`变为以字节为单位的`bytes`。Python对`bytes`类型的数据用带`b`前缀的单引号或双引号表示： `x = b'ABC'`

以Unicode表示的`str`通过`encode()`方法可以编码为指定的`bytes`，例如：

>>> 'ABC'.encode('ascii')
    b'ABC'
    >>> '中文'.encode('utf-8')
    b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
    >>> '中文'.encode('ascii')
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module> UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 0-1: ordinal not in range(128)

在`bytes`中，无法显示为ASCII字符的字节，用`\x##`显示。

反过来，如果我们从网络或磁盘上读取了字节流，那么读到的数据就是`bytes`。要把`bytes`变为`str`，就需要用`decode()`方法：

>>> b'ABC'.decode('ascii') 'ABC' >>> b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8') '中文'

如果`bytes`中包含无法解码的字节，`decode()`方法会报错：

>>> b'\xe4\xb8\xad\xff'.decode('utf-8')
    Traceback (most recent call last): ... UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0xff in position 3: invalid start byte

如果`bytes`中只有一小部分无效的字节，可以传入`errors='ignore'`忽略错误的字节：

>>> b'\xe4\xb8\xad\xff'.decode('utf-8', errors='ignore') '中'

要计算`str`包含多少个字符，可以用`len()`函数：

>>> len('ABC') 3 >>> len('中文') 2

`len()`函数计算的是`str`的字符数，如果换成`bytes`，`len()`函数就计算字节数：

>>> len(b'ABC') 3 >>> len(b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87') 6 >>> len('中文'.encode('utf-8')) 6

**3.格式化字符串**

在Python中，采用的格式化方式和C语言是一致的，用`%`实现，举例如下：

>>> 'Hello, %s' % 'world' 'Hello, world' >>> 'Hi, %s, you have $%d.' % ('Michael', 1000000) 'Hi, Michael, you have $1000000.'

格式化整数和浮点数还可以指定是否补0和整数与小数的位数：

print('%2d-%02d' % (3, 1)) 3-01 print('%.2f' % 3.1415926) 3.14

有些时候，字符串里面的`%`是一个普通字符怎么办？这个时候就需要转义，用`%%`来表示一个`%`：