从有值的ID到汉字编码

　　前些日子漫无目的地刷着朋友圈，突然一个ID从字丛中闯入我的眼睛——"某&字"(为保护当事人隐私，此处用'某''字'代替)，浸淫于计算机而产生的直觉告诉我，这是一个有值的表达式，这位姑娘用这个表达式当ID，那她这ID的值，到底是啥呢？

一、计算机存储汉字的方法——汉字编码

话说在计算机中，姑娘们的照片和她们的ID本质上都一样，都是冷冰冰的二进制0和1。既然都是一个bit，那就有了位操作求值的——咳咳——"科学依据"。

与和英文打字键盘完全兼容的拉丁字母不同，输入汉字便成了人们必须研究的课题。从近40年前的GB2312，到扩展后的GBK标准，再到全球化的Unicode，后来又出现了Unicode的Plus版本——UTF标准。

好了，说完汉字编码的历史，我们回到计算机中。当初推出GB2312时，为了不和原有的ascii码混肴，智慧的中国人规定，当两个值都大于127的字节连在一起的时候，就表示一个汉字，前面的字节称为高字节（0xA1-0xf7），后面的字节称为低字节（0xA1-0xFE）。但后来人们发现GB2312里的汉字不够用，于是干脆降低要求，不在规定低字节一定得是大于127的值，这样，拓展的GBK诞生了，再之后又经拓展，就成了人们口中的"DBCS"(Double Byte Charecter Set 双字节字符集)。在这个标准中，程序员必须注意每一个字节的值，如果大于127，那么就有一个汉字要出现了。

而目前使用最广的UTF-8作为一种变长的编码方式，可根据不同的符号变化字节长度（1-4个字节）。在GB2312中，一个汉字为两个字节，而在UTF-8中，一个汉字为3个字节。

二、简单版本

百度得到dev-cpp的字符编码为GB-2312（此处大雾，后文会详细解释）,所以一个汉字占两个字符。

因为涉及位操作，所以新建一个union结构nameBit，一个nameBit占2*16位，也就是4个字节。

1.     union nameBit{  
2.     short short1[2];  
3.     struct {  
4.         char c0;  
5.         char c1;  
6.         char c2;  
7.         char c3;  
8.     }byte;  
9. }; 

   这个结构存储了两个汉字的GB-2312编码，分别用一个short表示，byte和short共享内存，所以c0,c1用于存储第一个汉字，c2,c3存储第二个汉字的字符编码。

10. /*
11.      初级版本---
12. */
13. #include <stdio.h>  
14.     
15. union nameBit{  
16.     short short1[2];  
17.     struct {  
18.         char c0;  
19.         char c1;  
20.         char c2;  
21.         char c3;  
22.     }byte;  
23. };  
24.     
25. int main (void)  
26. {  
27.     union nameBit value1;  
28.     char arr[5];  
29.         
30.     printf("请输入两个汉字，中间无需空格隔开:\n"); 
31.    fgets(arr,5,stdin);
32.         
33.     for(int i = 0;i<4;i++)  
34.     {  
35.         char *p = &value1.byte.c0 + i;  
36.         *p = arr[i];  
37.     }  
38.     printf("%c%c & %c%c = ",value1.byte.c0,value1.byte.c1,value1.byte.c2,value1.byte.c3);  
39.     value1.short1[0] = value1.short1[0] & value1.short1[1];  
40.     printf("%c%c",value1.byte.c0,value1.byte.c1);  
41.     
42.     return 0;  
43. }  

    把输入存到一个字符串中，在一字节一字节的复制到union。

输入示例"啊哈"：

'啊'的GB2312编码为B0A1，'哈'的GB2312编码为B9FE，所以B0A1 & B9FE的结果为B0A0，查GB2312编码表发现这个编码并没有值，而拓展的GBK编码中B0A0对应为'盃'(同'杯')。

所以可知，该程序运行时遵循的编码方式为GBK。

三、移植到Linux后出现的种种问题

将该.c文件直接移至虚拟机的共享文件夹后，在Linux中运行此程序，出现如下情况：

将终端的字符编码改为GBK后，再次执行。

文件内字符正常显示，但是终端上的汉字出现乱码。

怀疑是源代码文件和终端上的编码不同，用file命令查看.c编码

再用strace命令查看细节，发现

其中，/345/225/212转换成16进制就是 E5 95 8A，/345/223/210就是E5 93 88，这正是"啊哈"这两个字的UTF-8编码。所以情况就很明显了，源代码用的dev-cpp的编辑器，保存为ANSI(GB2312)，将文件移至Linux，编译运行后，终端和程序的编码不同，导致输出出现乱码，程序运行时，用的又是UTF-8编码一个汉字占三个字节

所以这个程序需要重构。

四、更新的版本

因为在Windows和Linux中运行时所用的编码不同，所以直接用一个10个字节的数组来存储编码。

又由于需要在两个平台运行，所以需要有一定的移植性。这个可以用__linux__和_WIN32两个宏来区分。

1. #if _WIN32  
2.     //windows  
3.     #elif __linux__  
4.     //Linux  
5.     #else  
6.     //other  
7.     #endif 

   最终版本如下：

8. #include <stdio.h>  
9. #define Win_N 2  
10. #define Linux_N 3  
11.     
12. int main (void)  
13. {  
14.     char arr[10];  
15.         
16.     printf("Please input two Chinese charecters:");  
17.     printf("(请输入两个汉字)\n");  
18.         
19.     fgets(arr,10,stdin);  
20.         
21.     #if _WIN32  
22.         
23.     printf("%c%c & %c%c = ",arr[0],arr[1],arr[2],arr[3]);  
24.     for(int i = 0;i<Win_N;i++)  
25.         arr[i] = arr[i]&arr[i+Win_N];  
26.     printf("%c%c\n",arr[0],arr[1]);  
27.         
28.     #elif __linux__  
29.         
30.     printf("%c%c%c & %c%c%c = ",arr[0],arr[1],arr[2],arr[3],arr[4],arr[5]);  
31.     for(int i = 0;i<Linux_N;i++)  
32.         arr[i] = arr[i]&arr[i+Linux_N];  
33.     printf("%c%c%c\n",arr[0],arr[1],arr[2]);  
34.         
35.     #else  
36.         
37.     printf("Errors that occur when selecting an operating system\n");  
38.         
39.     #endif  
40.         
41.     return 0;  
42. }

    为了防止第十行的汉字在Linux中出现乱码，把该.c文件用Notepad++打开，转为UTF-8格式。

之后再在Linux中运行，先测试一下。

'啊'的UTF-8编码为E5 95 8A ，'哈'为E5 93 88 ，E5 95 8A & E5 93 88 = E591 88， 正好是'呈'的UTF-8编码。

五、乱码的根源(注①)

1、源码字符集，执行字符集与运行环境编码

源码字符集：英文the source character set，是指源代码文件是使用何种编码字符集保存的。

执行字符集：英文the execution character set，是指源代码经过编译、链接后的可执行文件是使用何种编码字符集保存的，程序实际执行时，内存中的字符串编码就是执行字符集。

运行环境编码：是指操作系统（或者当前控制台环境）用于显示文字的编码字符集。

2、乱码的根源

源代码文件（源码字符集）经过编译/链接，生成可执行文件（执行字符集），最后程序运行于实际环境中（运行环境编码）。

在这过程中如果有字符集不匹配，最终就无法显示预期的文字信息，甚至产生乱码。

编译器在编译源代码时，会将源码字符集转化为执行字符集，如果编译器不能正确识别源码字符集，就得不到正确的字符串数据。

可执行文件在实际运行环境中执行时，为了在控制台（或者其他UI）上显示出字符串，就要将执行字符集转化为运行环境的字符集。如果运行环境的字符集与执行字符集不同，也会导致乱码。

3、编译器层面的字符转码工作

GCC：GCC的源码字符集与执行字符集默认都是UTF-8编码，也就是说默认情况下GCC都是按UTF-8来解析源码，编译后的执行字符集也是UTF-8。

、识别源码字符集：源码文件有BOM签名的，就按BOM的编码来解析源文件；否则使用本地Locale字符集解析源文件（随系统设置而变）。

2、转化执行字符集：对于char类型，如果有设置预处理选项"#pragma execution_character_set"，编译源码时，转换为预编译所设定的执行字符集；

否则使用本地Locale作为执行字符集。对于wchar_t类型，总是使用UTF-16编码。

六、结语及声明

回到开头的那个话题，朋友圈的那个表达式ID在我电脑的两个系统中有两个值，分别对应于GB2312及UTF-8下的编码，所以输入姑娘的ID，得到了两个截然不同的值(笑)。

这个结果仅供娱乐，没有任何意义，这只是偶尔的心血来潮，庸常生活里的一点趣味。

在即将结束这篇博文的这个时候，浏览器里仍然还有十几个与字符编码有关的网页，我也仅仅是掌握了一些皮毛，却已获益匪浅。拙作初成，还请多多指教。

声明：

1、引用，即"注①"

内容来源于博文浅谈C/C++编程中的字符编码转换——许振坪

2、除上文引用外，一些有干货的文章

            字符集编码与 C/C++ 源文件字符编译乱弹——Breaker

汉字编码的发展历史

从调用printf()到显示器上看到字符串