揭开UTF-8的神秘面纱

UTF-8（8-bit Unicode Transformation Format）是一种针对Unicode的可变长度字符编码，又称万国码。由Ken Thompson于1992年创建。现在已经标准化为RFC 3629。UTF-8用1到6个字节编码UNICODE字符。用在网页上可以同一页面显示中文简体繁体及其它语言（如英文，日文，韩文）。

    在所有字符集中，最知名的可能要数被称为ASCII的7位字符集了。它是美国标准信息交换代码（American Standard Code for Information Interchange）的缩写, 为美国英语通信所设计。它由128个字符组成，包括大小写字母、数字0-9、标点符号、非打印字符（换行符、制表符等4个）以及控制字符（退格、响铃等）组成但是，由于他是针对英语设计的，当处理带有音调标号（形如汉语的拼音）的亚洲文字时就会出现问题。因此，创建出了一些包括255个字符的由ASCII扩展的字符集。其中有一种通常被称为IBM字符集，它把值为128-255之间的字符用于画图和画线，以及一些特殊的欧洲字符。另一种8位字符集是ISO 8859-1Latin 1，也简称为ISOLatin-1。它把位于128-255之间的字符用于拉丁字母表中特殊语言字符的编码，也因此而得名。

 

欧洲语言不是地球上的唯一语言，因此亚洲和非洲语言并不能被8位字符集所支持。事实证明，对可以用ASCII表示的字符使用UNICODE并不高效，因为UNICODE比ASCII占用大一倍的空间，而对ASCII来说高字节的0对他毫无用处。为了解决这个问题，就出现了一些中间格式的字符集，他们被称为通用转换格式，即UTF（Universal Transformation Format）。常见的UTF格式有：UTF-7, UTF-7.5, UTF-8,UTF-16, 以及 UTF-32。

   如果UNICODE字符由2个字节表示，则编码成UTF-8很可能需要3个字节。而如果UNICODE字符由4个字节表示，则编码成UTF-8可能需要6个字节。用4个或6个字节去编码一个UNICODE字符可能太多了，但很少会遇到那样的UNICODE字符。 UTF-8转换表表示如下：

Unicode/UCS-4	bit数	UTF-8	byte数	备注
0000 ~ 007F	0~7	0XXX XXXX	1
0080 ~ 07FF	8~11	110X XXXX 10XX XXXX	2
0800 ~ FFFF	12~16	1110XXXX 10XX XXXX 10XX XXXX	3	基本定义范围：0~FFFF
1 0000 ~ 1F FFFF	17~21	1111 0XXX 10XX XXXX 10XX XXXX 10XX XXXX	4	Unicode6.1定义范围：0~10 FFFF
20 0000 ~ 3FF FFFF	22~26	1111 10XX 10XX XXXX 10XX XXXX 10XX XXXX 10XX XXXX	5	说明：此非unicode编码范围，属于UCS-4 编码 早期的规范UTF-8可以到达6字节序列，可以覆盖到31位元（通用字符集原来的极限）。尽管如此，2003年11月UTF-8 被 RFC 3629 重新规范，只能使用原来Unicode定义的区域， U+0000到U+10FFFF。根据规范，这些字节值将无法出现在合法 UTF-8序列中
400 0000 ~ 7FFF FFFF	27~31	1111 110X 10XX XXXX 10XX XXXX 10XX XXXX 10XX XXXX 10XX XXXX	6

   实际表示ASCII字符的UNICODE字符，将会编码成1个字节，并且UTF-8表示与ASCII字符表示是一样的。所有其他的UNICODE字符转化成UTF-8将需要至少2个字节。每个字节由一个换码序列开始。第一个字节由唯一的换码序列，由n位连续的1加一位0组成, 首字节连续的1的个数表示字符编码所需的字节数。

Unicode转换为UTF-8时，可以将Unicode二进制从低位往高位取出二进制数字，每次取6位，如上述的二进制就可以分别取出为如下示例所示的格式，前面按格式填补，不足8位用0填补。

  注：Unicode转换为UTF-8需要的字节数可以根据这个规则计算：如果Unicode小于0X80（Ascii字符），则转换后为1个字节。否则转换后的字节数为Unicode二进制位数减1再除以5。

  示例

UNICODE uCA(1100 1010) 编码成UTF-8将需要2个字节：

uCA -> C3 8A

UNICODE uF03F (11110000 0011 1111) 编码成UTF-8将需要3个字节:

u F03F -> EF 80 BF

Unicode 16进制	Unicode 2进制	bit数	UTF-8 2进制	UTF-8 16进制
CA	1100 1010	8	1100 00111000 1010	C3 8A
F0 3F	11110000 0011 1111	16	111011111000 00001011 1111	EF 80 BF

优点

UTF-8编码可以通过屏蔽位和移位操作快速读写。字符串比较时strcmp()和wcscmp()的返回结果相同，因此使排序变得更加容易。字节FF和FE在UTF-8编码中永远不会出现，因此他们可以用来表明UTF-16或UTF-32文本（见BOM） UTF-8 是字节顺序无关的。它的字节顺序在所有系统中都是一样的，因此它实际上并不需要BOM。