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就这样&巴
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很多时候在使用Word填写文件时会遇到一些特殊字符,比如带方框的✓(2611)、方框(2610)、带方框的✗(2612)等。此时你可能会在word中的插入字符里寻找,你能找到吗?是的,有经验的话你可以找到,但是没经验的话根本找不到,这里我们将会讲一下Unicode与特殊字符之间的关系。

我们先讲一下如何使用鼠标点选操作来选择特殊字符

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Unicode标准

Unicode,全称为Unicode标准(The Unicode Standard),其官方机构Unicode联盟所用的中文名称为统一码[1],又译作万国码、统一字符码、统一字符编码[2],是信息技术领域的业界标准,其整理、编码了世界上大部分的文字系统,使得电脑能以通用划一的字符集来处理和显示文字,不但减轻在不同编码系统间切换和转换的困扰,更提供了一种跨平台乱码问题解决方案。Unicode由非营利机构Unicode联盟(Unicode Consortium)负责维护,该机构致力让Unicode标准取代编码空间有限、不适用于多语言环境的既有字符编码方案。

在文字处理方面,统一码为每一个字符而非字形定义唯一的代码(即一个整数)。换句话说,统一码以一种抽象的方式(即数字)来处理字符,并将视觉上的演绎工作(例如字体大小、外观形状、字体形态、文体等)留给其他软件来处理,例如网页浏览器或是文字处理器。

总结:网络中出现的所有字符都经过Unicode标准进行编码,所有的字符都涵盖在字符表中,包括英文字符、希腊字母和中文、汉语、日语等各种语言中出现的字符,也包括小黄脸表情包等可输出字符。但是根据输入法以及字体的不同,同样的Unicode编码在经过不同规范进行渲染时也会出现不同,比如苹果手机可以打出苹果公司的标志,发送至安卓手机时就会出现无法渲染的情况,我们将在后面谈到。

UTF-8编码下不同字符的字节占用

字符类型 Unicode 代码点范围 占用字节数 示例
英文字符 (基础 $\text{ASCII}$) $\text{U}+0000$ 到 $\text{U}+007F$ 1 字节 字母 $\text{A}$ ($\text{U}+0041$)、数字 $1$、空格、标点符号。
中文字符 (常用汉字) $\text{U}+0800$ 到 $\text{U}+\text{FFFF}$ (主要 $\text{CJK}$ 区域) 3 字节 汉字 ($\text{U}+4E2D$)、汉字
欧洲特殊字符 (带变音符号) $\text{U}+0080$ 到 $\text{U}+07FF$ 2 字节 字母 $\text{é}$ ($\text{U}+00E9$)、$\text{ü}$、欧元符号 $\text{€}$ ($\text{U}+20AC$ - 3 字节)
特殊/生僻字符 ($\text{Emoji}$、生僻汉字) $\text{U}+10000$ 及以上 ($\text{Supplementary Planes}$) 4 字节 —哭泣的表情 $\text{😂}$ ($\text{U}+1F602$)、甲骨文等罕见字符。

我们可以这样计算:打出一个英文单词可能需要1-10多个不同的拉丁字母,也就是1-10多个字节大小。打出一个中文字符则需要占用3字节大小。由此便可以计算你文档的大小。同样的一句话,可能中文占用的字节多也可能英文表述占用的字节多,这都是有可能的,具体根据字母和词语出现的次数来计算。

部分特殊字符的Unicode-16代码点表示方法

Unicode代码点代表该字符在字符表中所对应的唯一位置,在word中输入该符号对应的4位代码点后将光标移至该4位代码后使用快捷键 ALT + X 即可渲染出该代码表示的符号。

序号 **字符 ** **名称 ** **Unicode 代码点 ** Word 输入 (代码 + Alt+X) Unicode 区块
1 $\text{□}$ 空白复选框 $\text{2610}$ $\mathbf{2610} + \text{Alt}+\text{X}$ 杂项符号
2 $\text{☑}$ 带勾复选框 $\text{2611}$ $\mathbf{2611} + \text{Alt}+\text{X}$ 杂项符号
3 $\text{☒}$ 带 $\text{X}$ 复选框 $\text{2612}$ $\mathbf{2612} + \text{Alt}+\text{X}$ 杂项符号
4 $\sqrt{}$ 根号 $\text{221A}$ $\mathbf{221A} + \text{Alt}+\text{X}$ 数学运算符
5 $\sum$ 求和符号 $\text{2211}$ $\mathbf{2211} + \text{Alt}+\text{X}$ 数学运算符
6 $\pi$ 小写希腊 $\text{Pi}$ (圆周率) $\text{03C0}$ $\mathbf{03C0} + \text{Alt}+\text{X}$ 希腊语和科普特语
7 $\in$ 属于 $\text{2208}$ $\mathbf{2208} + \text{Alt}+\text{X}$ 数学运算符
8 $\forall$ 对于所有 $\text{2200}$ $\mathbf{2200} + \text{Alt}+\text{X}$ 数学运算符
9 $\subset$ 是…的子集 $\text{2282}$ $\mathbf{2282} + \text{Alt}+\text{X}$ 数学运算符
10 $\text{™}$ 商标 $\text{2122}$ $\mathbf{2122} + \text{Alt}+\text{X}$ 字母类似符号
11 $\text{©}$ 版权 $\text{00A9}$ $\mathbf{00A9} + \text{Alt}+\text{X}$ 拉丁语补充-1
12 $\text{€}$ 欧元符号 $\text{20AC}$ $\mathbf{20AC} + \text{Alt}+\text{X}$ 货币符号
13 $\text{→}$ 右箭头 $\text{2192}$ $\mathbf{2192} + \text{Alt}+\text{X}$ 箭头
14 $\text{★}$ 黑色五角星 $\text{2605}$ $\mathbf{2605} + \text{Alt}+\text{X}$ 杂项符号
15 $\text{§}$ 节号 $\text{00A7}$ $\mathbf{00A7} + \text{Alt}+\text{X}$ 拉丁语补充-1
16 $\text{℃}$ 摄氏度符号 $\text{2103}$ $\mathbf{2103} + \text{Alt}+\text{X}$ 字母类似符号

系统中不仅仅有公共的字符表,还有私有字符表。私有字符表由字体提供方维护,比如之前提到的iPhone可以打出自家的苹果图标,发送至Android手机后便无法正常渲染,这就是私有字符的渲染标准不同导致的显示问题。Android设备也可以通过安装苹方以及相关字体来获得对iPhone特殊字符的支持。


ASCII

在计算机中,所有的数据在存储和运算时都要使用二进制数表示。例如,像a、b、c、d这样的52个字母(包括大写)以及0、1等数字还有一些常用的符号(例如*、#、@等)在计算机中存储时也要使用二进制数来表示,而具体用哪些二进制数字表示哪个符号,这就是编码。如果不同的计算机要想互相通信而不造成混乱,那么每台计算机就必须使用相同的编码规则,于是美国有关的标准化组织就推出了ASCII编码。

ASCII是由美国国家标准学会(American National Standard Institute,ANSI)制定的,使用标准的单字节字符编码方案,用于基于文本的数据。方案起始于50年代后期,在1967年定案。它最初是美国的标准,供不同计算机在相互通信时需共同遵守的西文字符编码标准。现已被国际标准化组织(International Organization for Standardization,ISO)定为国际标准(ISO/IEC 646),适用于所有拉丁字母。

ASCII控制字符(共33个)

二进制 十进制 十六进制 缩写 Unicode 表示法 脱出字符 表示法 名称/意义
0000 0000 0 00 NUL ^@ 空字符(Null)
0000 0001 1 01 SOH ^A 标题开始
0000 0010 2 02 STX ^B 本文开始
0000 0011 3 03 ETX ^C 本文结束
0000 0100 4 04 EOT ^D 传输结束
0000 0101 5 05 ENQ ^E 请求
0000 0110 6 06 ACK ^F 确认回应
0000 0111 7 07 BEL ^G 响铃
0000 1000 8 08 BS ^H 退格
0000 1001 9 09 HT ^I 水平定位符号
0000 1010 10 0A LF ^J 换行键
0000 1011 11 0B VT ^K 垂直定位符号
0000 1100 12 0C FF ^L 换页键
0000 1101 13 0D CR ^M CR (字符)
0000 1110 14 0E SO ^N 取消变换(Shift out)
0000 1111 15 0F SI ^O 激活变换(Shift in)
0001 0000 16 10 DLE ^P 跳出数据通讯
0001 0001 17 11 DC1 ^Q 设备控制一(XON 激活软件速度控制
0001 0010 18 12 DC2 ^R 设备控制
0001 0011 19 13 DC3 ^S 设备控制三(XOFF 停用软件速度控制
0001 0100 20 14 DC4 ^T 设备控制
0001 0101 21 15 NAK ^U 确认失败回应
0001 0110 22 16 SYN ^V 同步用暂停
0001 0111 23 17 ETB ^W 区块传输结束
0001 1000 24 18 CAN ^X 取消
0001 1001 25 19 EM ^Y 连线介质中断
0001 1010 26 1A SUB ^Z 替换
0001 1011 27 1B ESC ^[ 退出键
0001 1100 28 1C FS ^\ 文件分割符
0001 1101 29 1D GS ^] 组群分隔符
0001 1110 30 1E RS ^^ 记录分隔符
0001 1111 31 1F US ^_ 单元分隔符
0111 1111 127 7F DEL ^? Delete字符

UTF-8

UTF-88-bit Unicode Transformation Format)是一种针对Unicode可变长度字符编码,也是一种前缀码。它可以用一至四个字节对Unicode字符集中的所有有效编码点进行编码,属于Unicode标准的一部分,最初由肯·汤普逊罗布·派克提出。[2][3]由于较小值的编码点一般使用频率较高,直接使用Unicode编码效率低下,大量浪费内存空间。UTF-8就是为了解决向后兼容ASCII码而设计,Unicode中前128个字符,使用与ASCII码相同的二进制值的单个字节进行编码,而且字面与ASCII码的字面一一对应,这使得原来处理ASCII字符的软件无须或只须做少部分修改,即可继续使用。因此,它逐渐成为电子邮件网页及其他存储或发送文字优先采用的编码方式。

自2009年以来,UTF-8一直是万维网的最主要的编码形式(对所有,而不仅是Unicode范围内的编码)(并由WHATWG宣布为强制性的“适用于所有事物(for all things)”,[4]截止到2019年11月, 在所有网页中,UTF-8编码应用率高达94.3%(其中一些仅是ASCII编码,因为它是UTF-8的子集),而在排名最高的1000个网页中占96%。[5] 其它的多字节编码方式如Shift JIS和GB 2312仅有0.3%和0.2%的占有率。[6][7][1]Internet邮件联盟(Internet Mail Consortium, IMC)建议所有电子邮件程序都能够使用UTF-8展示和创建邮件,[8] W3C建议UTF-8作为XML文件和HTML文件的默认编码方式。[9]互联网工程工作小组(IETF)要求所有互联网协议都必须支持UTF-8编码[10]互联网邮件联盟(IMC)建议所有电子邮件软件都支持UTF-8编码。[11]


Unicode字符比特被分割为数个部分,并分配到UTF-8的字节串中较低的比特的位置。在U+0080的以下字符都使用内含其字符的单字节编码。这些编码正好对应7比特的ASCII字符。在其他情况,有可能需要多达4个字符组来表示一个字符。这些多字节的最高有效比特会设置成1,以防止与7比特的ASCII字符混淆,并保持标准的字节主导字符串运作顺利。

UTF-8的编码方式

UTF-8是UNICODE的一种变长度的编码表达方式《一般UNICODE为双字节(指UCS2)》,它由肯·汤普逊(Ken Thompson)于1992年建立,现在已经标准化为RFC 3629。UTF-8就是以8位为单元对UCS进行编码,而UTF-8不使用大尾序和小尾序的形式,每个使用UTF-8存储的字符,除了第一个字节外,其余字节的头两个比特都是以”10”开始,使文字处理器能够较快地找出每个字符的开始位置。

但为了与以前的ASCII码兼容(ASCII为一个字节),因此UTF-8选择了使用可变长度字节来存储Unicode:

(注意:不论是Unicode (Table 3.7) [12],还是ISO 10646 (10.2 UTF-8) [13],目前都只规定了最高码位是0x10FFFF的字符的编码。下表中表示大于0x10FFFF的UTF-8编码是不符合标准的。)

码点的位数 码点起值 码点终值 字节序列 Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Byte 5 Byte 6
7 U+0000 U+007F 1 0xxxxxxx
11 U+0080 U+07FF 2 110xxxxx 10xxxxxx
16 U+0800 U+FFFF 3 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
21 U+10000 U+1FFFFF 4 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
26 U+200000 U+3FFFFFF 5 111110xx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
31 U+4000000 U+7FFFFFFF 6 1111110x 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

Unicode编码和UTF-8以及ASCII等有何区别

1. Unicode:抽象字符集和标准

Unicode (统一码) 是一个国际标准,它回答了“哪个字符对应哪个数字”的问题。

  • 定义: 它定义了一个庞大的字符集合,并为集合中的每个字符分配了一个唯一的、不可变的数字,称为**代码点 (Code Point)**,格式通常是U+XXXX (十六进制)。
    • 例如:符号πUnicode 代码点是 U+03C0
  • 覆盖范围: 它旨在覆盖全球所有已知的书写系统、标点符号、技术符号和表情符号 Emoji。
  • 与字节无关: Unicode 本身只是一个索引表。它不关心这些数字最终在计算机中占用多少字节,那是编码方式 UTF-s 的任务。

2. UTF-8:Unicode 的具体编码实现

UTF-8 Unicode Transformation Format - 8-bit) 是一种变长的编码方案,它回答了“如何将 Unicode 代码点存进计算机”的问题。

  • 设计原则: 效率与兼容性。
    • 它将 Unicode 代码点转换为 1 到 4 个字节的序列。
    • 兼容 ASCII: 它是 Unicode 编码方式中最独特的一点。对于 ASCII 范围内的字符 (如英文字母),UTF-8 编码后只占用 1 个字节,且与 ASCII 编码完全相同。
    • 变长优势: 常用字符(英文)占用空间小,生僻字符占用空间大,实现了存储空间的最优化。
  • 关系: UTF-8 是实现 Unicode 标准的一种方式。 所有的 UTF 格式 UTF-8UTF-16UTF-32 都是为了将 Unicode 字符集的内容以字节形式表现出来。

3. $\text{ASCII}$:历史悠久的字符集和编码

ASCII(American Standard Code for Information Interchange) 是计算机发展早期的标准,它既是字符集,也是一种固定长度的编码。

  • 定义: 仅定义了 128 个 字符(使用 7 位二进制,即 1 字节中的低 7 位)。
    • 包括大小写英文字母、数字 0-9、基本的标点符号和控制字符。
  • 局限性: 无法表示任何其他语言的字符(如中文、希腊文、带重音的欧洲字母等)。这是导致后来出现 Unicode 的主要原因。
  • 关系:
    • ASCII 是 Unicode 的子集。 ASCII 的 128 个字符在 Unicode 中有完全相同的代码点 (U+0000 U+007F)。
    • ASCII 字符在 UTF}-8 编码下与原 ASCII 编码完全相同(都是 1 字节)。这保证了 UTF-8 能够向后兼容旧的英文文本文件。

总结图示

您可以将它们的关系理解为:

ASCIIUnicode

Unicode 是一个包含所有字符的超大宇宙。

UTF-8 是一种将这个宇宙中的所有星球(字符)打包运输(编码)的规则。

ASCII 只是这个宇宙中最早、最小的一个角落(基础英文和符号),但它的规则被 Unicode UTF-8完整继承了下来。

名称 类型 核心作用 编码大小 关系总结
Unicode 抽象字符集 / 标准 为世界上每个字符分配一个唯一的数字身份(代码点 Code Point)。 无关(它只定义身份)。 目标和蓝图
UTF-8 具体编码方式 定义如何将 Unicode 代码点转换成实际的字节序列存储或传输。 1 到 4 个字节(可变长)。 实现 Unicode 的最流行方式
ASCII 过时字符集 / 编码 128 个 基本英文字符和控制符分配代码。 固定 1 个字节(7 位)。 Unicode 和 UTF-8 的子集和基础

我们可以这么理解计算机是如何呈现字符与表情的:
用户通过输入法输入一个字符或者表情(输入法也有自己的编码规范)你的系统会根据目前的编码规范去查询Unicode码表,找到对应编码后通过自己的UTF-8或其它规范将其转换为操作系统可以理解的字节序列。

  1. 用户输入/程序使用字符 → 比如输入“😊”
  2. 系统查 Unicode 表 → 找到它的码点:U+1F60A
  3. 用 UTF-8 编码 → 转成字节序列:F0 9F 98 8A,存入文件或发送到网络
  4. 另一台设备收到字节 → 用 UTF-8 解码,还原出 U+1F60A
  5. 操作系统/浏览器查字体 → 找到“U+1F60A 对应的字形”,渲染出 😊