汉字字符编码的科普笔记（GB2312汉字编码，Unicode与UTF-8，字符映射表，vim，文泉驿，正则表达式）

小鱼儿 2022-06-18 06:17 868阅读 0赞

### **折腾了两天的结果** 来源： [田野wafield的日志][wafield] ###

一 GB2312与cp936

1. GB2312简介

GB2312即GB2312-80，诞生于1981年，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，共7445个字符。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。用区位码表示。范围：区（01-87），位（01-94）。

2. Code Page

在Windows中使用VIM打开一个以GB2312方式编码的文档时，file encoding显示的是“cp936”。在Windows中，code page指的就是字符集，在其他操作系统中称为字符编码（character encodings），两者是同一概念。code pages在80到90年代的Windows操作系统中使用，当Windows实现了Unicode时，code pages就逐渐被取代。Code Page这个词来源于IBM的基于EBCDIC的mainframe系统，但包括微软、SAP和Oracle在内的很多制造商都使用这个说法。

另一个很奇怪的事情是，同样一份以GB2312编码的文档，在Windows里用VIM打开，就显示为cp936编码；在Linux里打开时却显示为utf-8编码，而不是“cp936”的unix说法“euc-cn”！但是以十六进制方式查看，发现文字确实是以GB2312编码的。可能是vimrc里不知道哪儿写错了。具体情况请见VIM的帮助文档“:h encoding-values”。

3. GB2312的编码

每个汉字及符号以两个字节来表示，高位字节使用了0xA1-0xF7；低位字节使用了0xA1-0xFE。 由于一级汉字从16区起始，汉字区的“高位字节”的范围是0xB0-0xF7，“低位字节”的范围是0xA1-0xFE。

Unicode出现后，GB2312的全部7445个字符都在Unicode的覆盖范围之内，并分布在U+00A4到U+FFE5之间。另外，GB2312的常用汉字按拼音排列，次常用汉字按笔画排列，因此与Unicode的汉字部分的字序是不同的。

二 GBK（Chinese Internal Code Specification）

1. 简介

GBK诞生于1993年的Unicode 1.1版之后。之前的GB2312-80只有6763个汉字，且很多汉字在1981年之后才得到简化，故中国大陆制定了等同于Unicode 1.1版的“GB 13000.1-93”，收录中国大陆、台湾、日本、韩国的通用字符集，共20902个汉字。微软利用GB 2312-80未使用的编码空间，收录GB 13000.1-93全部字符制定了GBK编码。最早实现于Windows 95简体中文版。虽然GBK收录GB 13000.1-93的全部字符，但编码方式并不相同。以下为GBK的双字节编码示意：

![b_large_QZMZ_54da00000645125f.jpg][]

2. 编码

字符有一字节和双字节编码，00-7F范围内是一位，和ASCII保持一致，此范围内严格上说有96个文字和32个控制符号。双字节中，第一字节的范围是81-FE（也就是不含80和FF），第二字节的一部分领域在40-FE，其他领域在80-FE。

三 GB18030

1. 简介

最新版本为GB 18030-2005，与GB 2312-1980完全兼容，与GBK基本兼容，支持GB 13000及Unicode的全部统一汉字，共收录汉字70244个。与UTF-8 相同，采用多字节编码，每个字可以由1个、2个或4个字节组成。支持中国国内少数民族的文字，收录范围包含繁体汉字以及日韩汉字。

2. 编码

单字节部分，收录了GB/T 11383-1989的0x00到0x7F全部128个字符；双字节部分：GB 13000.1-1993的全部CJK统一汉字字符等，其首字节码位从0x81至0xFE，尾字节码位分别是0x40至0x7E和0x80至0xFE。；四字节部分：收录了上述双字节字符之外的，GB 13000的CJK统一汉字扩充A、CJK统一汉字扩充B和已经在GB 13000中编码的中国少数民族文字的字符，采用0x30至0x39作为对双字节编码的扩充的后缀。这样扩充的四字节编码，其范围为0x81308130到0xFE39FE39。四字节字符的第一个字节的编码为0x81至0xFE；第二个字节的编码范围为0x30至0x39；第三个字节编码范围为0x81至0xFE；第四个字节编码范围为0x30至0x39。

四 Unicode

1. Unicode中的scripts

Unicode中的script指的是一种或多种书写系统中，用来代表文字信息的一个字符或其他书写符号的集合。例如，俄语和乌克兰语分别是西里尔script的不同子集。有些script支持且仅支持一种书写系统和语言，如亚美尼亚script；另一些scripts支持多种不同的书写系统，如Latin script支持英语、法语、德语、意大利语、越南语和拉丁语。有些语言使用多种不同的书写系统，因此也使用若干个scripts。在土耳其语中，阿拉伯语的script在20世纪之前使用，但到20世纪早期则转变为Latin script。汉字书写系统使用在以下语言中：普通话、吴语、粤语、闽语（译者注：台语）、湘语、客家语、赣语、晋语、徽州语、广西平语、侗语、白语（已废弃）、苗语（已废弃）、壮语（已废弃）、日语、韩语（已废弃，只使用于学术文本和报纸中），越南语（用于历史文献、学术文献或出于艺术与审美的考虑）及其他已经失传的语言（契丹文、女真文、西夏文）。

与scripts相补充的是Unicode symbols。Scripts和symbols覆盖了所有的Unicode字符，统一发音符号和统一标点符号字符经常具有内在的script属性，但是单独的script常常也具有自己的发音符号和标点符号。所以很多script不仅包括字母，也包括发音符号和其他标记、标点符号、数字甚至其自己的特异性的符号和空白字符。

下图分别为以Script为单位和以区块为单位划分Unicode字符。

![b_large_iwNi_52a10000070f1213.jpg][] ![b_large_iDdV_654b000006f6126a.jpg][]

关于CJK统一表意文字（Han ideographic characters）：Unicode标准中的“统一表意文字”的说法是西文中一个传统词语，尽管专业语言学家更喜欢“Sinogram”这个词。字面上说，ideograph只适用于某些古代的、原始的汉字形式，这些字的确是来源于表意描述。但绝大部分汉字是后来经组合、假借和其他非表意性的原则发展而来的，但“Han ideographs”这个说法仍在英文中沿用。

2. Unicode平面（Plane）

Unicode将代码点（Code Point）分为17个平面，其中第0个平面（基础多语言平面，Base Multilingual Plane）包含代码点0x0000-0xFFFF，第1个平面包含0x10000-0x1FFFF，以此类推。其实第0平面已经包含了绝大部分各种语言的常用字符，位置空间分布示意图如下（左上角为原点，格子中的两位十六进制数表示高位字节）：

![b_large_zyFB_5d53000007281265.jpg][]

包含汉字（Han ideographs）的区块有：

*  CJK统一表意文字（4E00-9FFF）：常用汉字
 *  CJK统一表意文字扩展A（3400-4DBF）：罕用汉字
 *  CJK统一表意文字扩展B（20000-2A6DF）：罕用汉字
 *  CJK统一表意文字扩展C（2A700-2B73F）：罕用汉字
 *  CJK兼容表意文字（F900-FAFF）：重复字符，可统一的异形字
 *  CJK兼容表意文字补充（2F800-2FA1F）：可统一的异形字

五 UTF-8

1. 简介

全称UCS Transformation Format – 8-bit，是一种对Unicode的多字节编码。与UTF-16和UTF-32类似，UTF-8可以表示Unicode字符集中的每个字符。与它们不同的是，UTF-8与ASCII是向后兼容的，并且避免了尾数（endianness）的复杂性。鉴于各种原因，UTF-8已成为www最重要的字符编码，涉及超过半数网页。UTF-8使用1至4个字节对Unicode字符集中的1,112,064个代码点中的每一个进行编码。具体而言，使用1-3个不等的字节数编码Unicode的第0个平面。数值较低的代码点使用较少的字节数，使得编码体系较为高效。注意，Unicode对所有字符进行编码，完成从字符到代码点（如0x4E00）的映射，而与字符的具体表示无关；UTF-8完成由编码到内在表示（字节码）的映射，而不关心某个编码具体代表哪个字符。

2. 编码范围

Unicode字符集的前128个字符与ASCII码保持一对一关系，使用一个字节进行编码，使得有效的ASCII文本在UTF-8编码的Unicode下仍然有效。理论上，UTF-8可以至多编码2的31次方个字符（即Universal字符集起草时的理论上限）。

3. 编码规则

如果一个字符用一个字节编码，则最高位是0，其他位给出编码值（0到127）；

如果一个字符用k（k>=2）个字节编码，则第一个字节的前k位为1，接着是一个0。随后的（k-1）个字节全部由“10”开头。所有字节的剩余位连接起来，形成了Unicode代码点值，从0x80到0x10FFFF。由此可见：

（1）一个以0开头的字节表示单字节字符

（2）一个以11开头的字节表示一个多字节字符的开头

（3）一个以10开头的字节表示一个多字节字符的非开头

![b_large_WpoZ_6024000006861269.jpg][]

这样设计使得任何一个字节序列都可以被识别，并不需要从字符串的头部开始。另外由图可见，UTF-8其实是使用1-6个字节来代表一个字符的，即可以表示到0x7FFFFFFF，但是据说为了与UTF-16兼容，最高的若干位没有用，只用到0x10FFFF。

以下面这个文档为例，文档以UTF-8编码。

![b_large_l6ZH_58cb000006981260.jpg][]

使用16进制方式显示，如图：

![b_large_StgM_654b000006fe126a.jpg][]

分析如下：

（1）在UTF-8中，单个字母是用一个字节表示的，如A表示为0x41（十进制的65），以此可以定位到汉字“一”被表示为三个字节：0xe4, 0xb8, 0x80；

（2）汉字“一”是Unicode中CJK统一表意文字区的第一个字符，Unicode码为0x4e00，既然表示为三个字节，则使用“1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx”的模板，把4e00这十六位编码套进去，正好就是“e4 b8 80”；

（3）fileformat是unix，因此换行符是一个<NL>，即0x0a；

（4）上述文档在Ubuntu里说大小为29 bytes，数一数的确如此。

六 文泉驿

1. 简介

作为几千年中华文明的见证，浩瀚传统文化传承的载体，汉字是让我们每一个中国人引以为豪的东方文明标志之一。我们的祖先创造汉字，书写汉字，利用汉字和汉语的无穷魅力创造出让人叹为观止的文学、艺术。而今天进入了计算机时代的我们，虽然不再象古人一样手持毛笔，批著简帛，但我们的生活仍然无时无刻离不开汉字。

可以毫不夸张的讲，汉字是世界上已知的最为庞大的符号系统。早在殷商时期，我们的先人就创造出了数目巨大的甲骨文，从上万片发掘的甲骨中整理出来的单字就有四千余个。东汉许慎编撰的“说文解字”，收录汉字 9,353个。至清朝康熙年间，由段玉裁等人收集整理的“康熙字典”收录汉字竟达 47,035 之多。加上少数民族文字，各种古代典籍上曾经出现但并未广泛使用的古汉字和异体字，汉字总数多达十万以上。作为现代计算机系统通用编码的统一码(Unicode)在最新发布的5.2版中共收录汉字(包括简体、繁体，以及日、韩、越等地区使用的汉字)共 74,394 个。（注：微软的中易宋体的最新版本只有42,809个字）

我们是一群致力于在计算机世界中推广汉字，丰富电子汉字资源的志愿者。我们希望通过自己无私的劳动，使得无论您在世界上任何一个角落，都可以免费地获得我们的电子汉字资源，能够流畅地通过汉字进行交流。“文泉驿”是以上述目标为宗旨而自发创建的非盈利性组织。

2. 文泉驿正黑（WenQuanYi Zen Hei）

文泉驿正黑体是一个"自由字体"。该字体包含了所有常用简体中文、繁体中文所需要的汉字(最新版本包含超过27842个汉字，完整覆盖GB2312/Big5/GBK以及GB18030标准字符集)。该字体同时还包含了日文、韩文和其他几十种语言符号。除此以外，该字体还嵌入了最新版本的文泉驿点阵宋体的中英文点阵，使得屏幕汉字显示清晰锐利，易于阅读。

作为黑体中文字体，文泉驿正黑为非衬线字体，笔画对比度明显，特别适合屏幕汉字显示以及文档标题字体。

3. 文泉驿微米黑（WenQuanYi Micro Hei）

文泉驿微米黑是一个"自由字体"。该字体包含了所有常用简体中文、繁体中文所需要的汉字(最新版本包含超过20932个汉字，完整覆盖GB2312/Big5以及GBK标准字符集)。该字体同时还包含了日文、韩文和其他几十种语言符号。以外，该字体还包含了高质量的Droid Sans拉丁符号和Droid Sans Mono等宽字体，并内置Hinting和Kerning信息。微米黑字体文件极小，特别使用于便携式电脑设备。

4. 文泉驿点阵宋体（WenQuanYi Bitmap Song）

文泉驿点阵宋体是一个"自由中文字体"。该字体包含了所有常用简体中文、繁体中文，日文及韩文所需要的汉字(最新版本包含超过27842个汉字，完整覆盖GB2312/Big5/GBK/GB18030标准字符集)。该字体同时还包含了英文、日文、韩文和其他多种语言符号。该点阵字体包含五个屏幕常用字号(9pt-12pt)，逾21万汉字点阵，这些点阵都经过参与者和组织者的精心设计和调整，手工优化后的汉字点阵显示清晰锐利，特别易于屏幕阅读使用。

我们目前提供下载的文泉驿点阵宋体只能够在Linux/Unix系统上使用。在Windows上使用该字体，请下载文泉驿正黑体，正黑体嵌入了所有GBK汉字点阵，在9-12pt范围内，将自动使用点阵宋体显示。

七 正则表达式

1. Unicode字符的一般正则表达式表示

支持Unicode的程序中的正则表达式通常支持\\uNUM原序列，用来匹配一个具体的Unicode字符。这个数值通常是一个4位十六进制数，例如，\\uC0B5的意思是“匹配编号为U+C0B5的Unicode字符”，而没说具体需要比较哪些字节，因为具体的字节是由代表这个Unicode代码点的编码方式在内部决定的。如果程序内部使用的是UTF-8编码，这个字符就用3个字符表示。不过使用支持Unicode程序的用户，并不需要关心这个。

为了匹配任何一个Unicode字符，应该用\\X，这相当于Unicode中的点号。在Java中，用\\uFFFF（FFFF是代码点）来匹配某个特定的Unicode字符。

2. Perl或PCRE中Unicode字符的正则表达式表示

在Perl或PCRE中，并不支持\\uFFFF这样的语法，而是使用\\x\{FFFF\}。例如，\\x\{1234\}不会和“匹配\\x 1234次”混淆，而是永远代表U+1234这个Unicode字符；\\x\{1234\}\{5678\}则代表匹配U+1234这个Unicode字符整整5678次。

Perl或PCRE还是极少数的支持基于Scripts对Unicode进行匹配的正则表达式引擎！方法是\\p\{ Script\_Name\}例如，\\p\{Bopomofo\}匹配一个注音符号字母，\\p\{Han\}匹配一个汉字。此外还支持基于区块的匹配，如\\p\{ InCJK\_Unified\_Ideographs\}匹配所有CJK统一表意文字区的字符（等同于U+4E00…U+9FFF。

在Perl中读取以UTF-8编码的文件，还有另一个问题：当使用<>或<FILEHANDLE>等方式读取文件时，perl会把文件视为一系列字节流，而UTF-8是变长字节编码的，想以字符（而不是字节）为单位来处理，则必须进行解码。

例如，运行如下代码

![b_large_d159_4f2b0000069b1267.jpg][]

打印出来的是每行一个带问号的小菱形，说明字符串$\_中每个单元是一个字节。要解决这个问题，有两种思路：一方面使用binmode改造句柄，使之以UTF-8方式读取，如下：

![b_large_c1bD_63d0000006fd125e.jpg][]

但是这样有个问题是第一个字符不能正常读取！之后的都正常！这是为什么啊！另一个思路是对读入的字符串进行处理，即告诉perl这个字符串（本质上是字节序列）要以UTF-8的多字节方式解析。这一过程是decode，因此用以下方法可以解决问题：

![b_large_7EcW_52e3000007121213.jpg][]

读入之后，就可以用\\x\{ abcd\}, \\p\{Han\}或\\p\{ InCJK\_Unified\_Ideographs\}等方式对其进行正则表达式处理了。

3. Vim对Unicode正则表达式的支持

作为最强大的文本编辑器，Vim对正则表达式的支持是人尽皆知的。而且，毕竟是文本编辑器，执行个查找啊替换啊这种处理会比用perl直观得多。但是，对于Unicode字符的支持，Vim采用的正则表达式引擎却远比不上Perl（图为节选）：

![b_large_rwgu_50dc000006811268.jpg][]

有人说，为什么Vim不用PCRE呢？回复说，Vi比Perl出来的早得多，应该问为什么Perl不跟Vi学。无论如何，在Vim里匹配Unicode字符会遇到一点麻烦：你可以用/\\u4e00匹配“一”，也可以用/\[\\u4e00-\\u4eff\]匹配Unicode表中的第一行汉字（一、丁、万、三、上……），却不能用/\[\\u4e00-\\u9fff\]匹配CJK统一表意文字区块中的所有文字！不知道是不是我的使用有问题！

八 Ubuntu中的字符映射表（Character Map）

这是Ubuntu中相当于Windows“字符映射表”的软件，可以在Applications -> Accessories中找到。且不说以文泉驿微米黑显示的字符表有多好看，就说这个Character Details就做得非常帅，给出的信息包括：UTF-8编码方式、XML实体表示形式、英文释义、普通话发音、广东话发音、日语发音、韩语发音！

工作过程中有时候需要看看Unicode的Scripts，或者查找某个字符的Unicode码，或者要copy某种北欧语言的奇怪字符，都可以用Character Map。

![b_large_VEps_64d900000729126a.jpg][]

另外，字符映射表支持根据字符查找与根据Unicode值查找：

![b_large_hZrf_526b0000074c1213.jpg][]

![b_large_4Sjs_6736000007011262.jpg][]

在这两天的折腾过程中，帮了不少忙。

本来只是想解决Perl处理UTF-8中文文档的问题，不小心扯出来这么多东西。以上是这两天折腾的全部结果，折腾了24小时……没有苦劳也有疲劳啊。

九 参考资料

*  http://en.wikipedia.org/wiki/Windows\_code\_page
 *  http://en.wikipedia.org/wiki/UTF-8
 *  http://en.wikipedia.org/wiki/Plane\_(Unicode)
 *  http://en.wikipedia.org/wiki/Mapping\_of\_Unicode\_characters
 *  http://en.wikipedia.org/wiki/List\_of\_languages\_by\_writing\_system
 *  http://en.wikipedia.org/wiki/Comparison\_of\_regular\_expression\_engines
 *  http://en.wikipedia.org/wiki/Code\_pages
 *  http://en.wikipedia.org/wiki/CJK\_Unified\_Ideographs
 *  http://en.wikipedia.org/wiki/Basic\_Multilingual\_Plane
 *  http://zh.wikipedia.org/wiki/Gb2312
 *  http://zh.wikipedia.org/wiki/GBK
 *  http://zh.wikipedia.org/wiki/GB18030
 *  http://www.utf8.com/
 *  http://www.unicode.org/versions/Unicode5.2.0
 *  http://www.unicode.org/reports/tr18/
 *  http://www.unicode.org/charts/
 *  http://www.regular-expressions.info/charclass.html
 *  http://wenq.org/index.cgi?ZenHei
 *  http://wenq.org/index.cgi?MicroHei
 *  http://wenq.org/?BitmapSong
 *  http://vim.wikia.com/wiki/Perl\_compatible\_regular\_expressions
 *  http://perldoc.perl.org/perlunicode.html
 *  http://msdn.microsoft.com/en-us/library/20bw873z.aspx
 *  http://forum.ubuntu.org.cn/viewtopic.php?t=244756

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[wafield]: http://blog.renren.com/GetEntry.do?id=768109271&owner=231526558
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