Python字符編碼詳解

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本文簡單介紹了各種常用的字符編碼的特點，並介紹了在python2.x中如何與編碼問題作戰 ：） 

請注意本文關於Python的內容僅適用於2.x，3.x中str和unicode有翻天覆地的變化，請查閱其他相關文檔。 

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1. 字符編碼簡介

1.1. ASCII

ASCII(American Standard Code for Information Interchange)，是一種單字節的編碼。計算機世界裏一開始只有英文，而單字節可以表示256個不同的字符，可以表示所有的英文字符和許多的控制符號。不過ASCII只用到了其中的一半（\x80以下），這也是MBCS得以實現的基礎。

1.2. MBCS

然而計算機世界裏很快就有了其他語言，單字節的ASCII已無法滿足需求。後來每個語言就制定了一套自己的編碼，由於單字節能表示的字符太少，而且同時也需要與ASCII編碼保持兼容，所以這些編碼紛紛使用了多字節來表示字符，如GBxxx、BIGxxx等等，他們的規則是，如果第一個字節是\x80以下，則仍然表示ASCII字符；而如果是\x80以上，則跟下一個字節一起（共兩個字節）表示一個字符，然後跳過下一個字節，繼續往下判斷。

這裏，IBM發明了一個叫Code Page的概念，將這些編碼都收入囊中並分配頁碼，GBK是第936頁，也就是CP936。所以，也可以使用CP936表示GBK。

MBCS(Multi-Byte Character Set)是這些編碼的統稱。目前爲止大家都是用了雙字節，所以有時候也叫做DBCS(Double-Byte Character Set)。必須明確的是，MBCS並不是某一種特定的編碼，Windows里根據你設定的區域不同，MBCS指代不同的編碼，而Linux裏無法使用MBCS作爲編碼。在Windows中你看不到MBCS這幾個字符，因爲微軟爲了更加洋氣，使用了ANSI來嚇唬人，記事本的另存爲對話框裏編碼ANSI就是MBCS。同時，在簡體中文Windows默認的區域設定裏，指代GBK。

1.3. Unicode

後來，有人開始覺得太多編碼導致世界變得過於複雜了，讓人腦袋疼，於是大家坐在一起拍腦袋想出來一個方法：所有語言的字符都用同一種字符集來表示，這就是Unicode。

最初的Unicode標準UCS-2使用兩個字節表示一個字符，所以你常常可以聽到Unicode使用兩個字節表示一個字符的說法。但過了不久有人覺得256*256太少了，還是不夠用，於是出現了UCS-4標準，它使用4個字節表示一個字符，不過我們用的最多的仍然是UCS-2。

UCS(Unicode Character Set)還僅僅是字符對應碼位的一張表而已，比如"漢"這個字的碼位是6C49。字符具體如何傳輸和儲存則是由UTF(UCS Transformation Format)來負責。

一開始這事很簡單，直接使用UCS的碼位來保存，這就是UTF-16，比如，"漢"直接使用\x6C\x49保存(UTF-16-BE)，或是倒過來使用\x49\x6C保存(UTF-16-LE)。但用着用着美國人覺得自己吃了大虧，以前英文字母只需要一個字節就能保存了，現在大鍋飯一吃變成了兩個字節，空間消耗大了一倍……於是UTF-8橫空出世。

UTF-8是一種很彆扭的編碼，具體表現在他是變長的，並且兼容ASCII，ASCII字符使用1字節表示。然而這裏省了的必定是從別的地方摳出來的，你肯定也聽說過UTF-8裏中文字符使用3個字節來保存吧？4個字節保存的字符更是在淚奔……（具體UCS-2是怎麼變成UTF-8的請自行搜索）

另外值得一提的是BOM(Byte Order Mark)。我們在儲存文件時，文件使用的編碼並沒有保存，打開時則需要我們記住原先保存時使用的編碼並使用這個編碼打開，這樣一來就產生了許多麻煩。（你可能想說記事本打開文件時並沒有讓選編碼？不妨先打開記事本再使用文件 -> 打開看看）而UTF則引入了BOM來表示自身編碼，如果一開始讀入的幾個字節是其中之一，則代表接下來要讀取的文字使用的編碼是相應的編碼：

BOM_UTF8 '\xef\xbb\xbf' 
BOM_UTF16_LE '\xff\xfe' 
BOM_UTF16_BE '\xfe\xff'

並不是所有的編輯器都會寫入BOM，但即使沒有BOM，Unicode還是可以讀取的，只是像MBCS的編碼一樣，需要另行指定具體的編碼，否則解碼將會失敗。

你可能聽說過UTF-8不需要BOM，這種說法是不對的，只是絕大多數編輯器在沒有BOM時都是以UTF-8作爲默認編碼讀取。即使是保存時默認使用ANSI(MBCS)的記事本，在讀取文件時也是先使用UTF-8測試編碼，如果可以成功解碼，則使用UTF-8解碼。記事本這個彆扭的做法造成了一個BUG：如果你新建文本文件並輸入"奼塧"然後使用ANSI(MBCS)保存，再打開就會變成"漢a"，你不妨試試 ：）

2. Python2.x中的編碼問題

2.1. str和unicode

str和unicode都是basestring的子類。嚴格意義上說，str其實是字節串，它是unicode經過編碼後的字節組成的序列。對UTF-8編碼的str'漢'使用len()函數時，結果是3，因爲實際上，UTF-8編碼的'漢' == '\xE6\xB1\x89'。

unicode纔是真正意義上的字符串，對字節串str使用正確的字符編碼進行解碼後獲得，並且len(u'漢') == 1。

再來看看encode()和decode()兩個basestring的實例方法，理解了str和unicode的區別後，這兩個方法就不會再混淆了：

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# coding: UTF-8   u = u'漢' print repr(u) # u'\u6c49' s = u.encode('UTF-8') print repr(s) # '\xe6\xb1\x89' u2 = s.decode('UTF-8') print repr(u2) # u'\u6c49'   # 對unicode進行解碼是錯誤的 # s2 = u.decode('UTF-8') # 同樣，對str進行編碼也是錯誤的 # u2 = s.encode('UTF-8')

需要注意的是，雖然對str調用encode()方法是錯誤的，但實際上Python不會拋出異常，而是返回另外一個相同內容但不同id的str；對unicode調用decode()方法也是這樣。很不理解爲什麼不把encode()和decode()分別放在unicode和str中而是都放在basestring中，但既然已經這樣了，我們就小心避免犯錯吧。

2.2. 字符編碼聲明

源代碼文件中，如果有用到非ASCII字符，則需要在文件頭部進行字符編碼的聲明，如下：

1	#-*- coding: UTF-8 -*-

實際上Python只檢查#、coding和編碼字符串，其他的字符都是爲了美觀加上的。另外，Python中可用的字符編碼有很多，並且還有許多別名，還不區分大小寫，比如UTF-8可以寫成u8。參見http://docs.python.org/library/codecs.html#standard-encodings。

另外需要注意的是聲明的編碼必須與文件實際保存時用的編碼一致，否則很大機率會出現代碼解析異常。現在的IDE一般會自動處理這種情況，改變聲明後同時換成聲明的編碼保存，但文本編輯器控們需要小心 ：）

2.3. 讀寫文件

內置的open()方法打開文件時，read()讀取的是str，讀取後需要使用正確的編碼格式進行decode()。write()寫入時，如果參數是unicode，則需要使用你希望寫入的編碼進行encode()，如果是其他編碼格式的str，則需要先用該str的編碼進行decode()，轉成unicode後再使用寫入的編碼進行encode()。如果直接將unicode作爲參數傳入write()方法，Python將先使用源代碼文件聲明的字符編碼進行編碼然後寫入。

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# coding: UTF-8   f = open('test.txt') s = f.read() f.close() print type(s) # <type 'str'> # 已知是GBK編碼，解碼成unicode u = s.decode('GBK')   f = open('test.txt', 'w') # 編碼成UTF-8編碼的str s = u.encode('UTF-8') f.write(s) f.close()

另外，模塊codecs提供了一個open()方法，可以指定一個編碼打開文件，使用這個方法打開的文件讀取返回的將是unicode。寫入時，如果參數是unicode，則使用open()時指定的編碼進行編碼後寫入；如果是str，則先根據源代碼文件聲明的字符編碼，解碼成unicode後再進行前述操作。相對內置的open()來說，這個方法比較不容易在編碼上出現問題。

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# coding: GBK   import codecs   f = codecs.open('test.txt', encoding='UTF-8') u = f.read() f.close() print type(u) # <type 'unicode'>   f = codecs.open('test.txt', 'a', encoding='UTF-8') # 寫入unicode f.write(u)   # 寫入str，自動進行解碼編碼操作 # GBK編碼的str s = '漢' print repr(s) # '\xba\xba' # 這裏會先將GBK編碼的str解碼爲unicode再編碼爲UTF-8寫入 f.write(s) f.close()

2.4. 與編碼相關的方法

sys/locale模塊中提供了一些獲取當前環境下的默認編碼的方法。

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# coding:gbk   import sys import locale   def p(f):     print '%s.%s(): %s' % (f.__module__, f.__name__, f())   # 返回當前系統所使用的默認字符編碼 p(sys.getdefaultencoding)   # 返回用於轉換Unicode文件名至系統文件名所使用的編碼 p(sys.getfilesystemencoding)   # 獲取默認的區域設置並返回元祖(語言, 編碼) p(locale.getdefaultlocale)   # 返回用戶設定的文本數據編碼 # 文檔提到this function only returns a guess p(locale.getpreferredencoding)   # \xba\xba是'漢'的GBK編碼 # mbcs是不推薦使用的編碼，這裏僅作測試表明爲什麼不應該用 print r"'\xba\xba'.decode('mbcs'):", repr('\xba\xba'.decode('mbcs'))   #在筆者的Windows上的結果(區域設置爲中文(簡體, 中國)) #sys.getdefaultencoding(): gbk #sys.getfilesystemencoding(): mbcs #locale.getdefaultlocale(): ('zh_CN', 'cp936') #locale.getpreferredencoding(): cp936 #'\xba\xba'.decode('mbcs'): u'\u6c49'

3.一些建議

3.1. 使用字符編碼聲明，並且同一工程中的所有源代碼文件使用相同的字符編碼聲明。

這點是一定要做到的。

3.2. 拋棄str，全部使用unicode。

按引號前先按一下u最初做起來確實很不習慣而且經常會忘記再跑回去補，但如果這麼做可以減少90%的編碼問題。如果編碼困擾不嚴重，可以不參考此條。

3.3. 使用codecs.open()替代內置的open()。

如果編碼困擾不嚴重，可以不參考此條。

3.4. 絕對需要避免使用的字符編碼：MBCS/DBCS和UTF-16。

這裏說的MBCS不是指GBK什麼的都不能用，而是不要使用Python里名爲'MBCS'的編碼，除非程序完全不移植。

Python中編碼'MBCS'與'DBCS'是同義詞，指當前Windows環境中MBCS指代的編碼。Linux的Python實現中沒有這種編碼，所以一旦移植到Linux一定會出現異常！另外，只要設定的Windows系統區域不同，MBCS指代的編碼也是不一樣的。分別設定不同的區域運行2.4小節中的代碼的結果：

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#中文(簡體, 中國) #sys.getdefaultencoding(): gbk #sys.getfilesystemencoding(): mbcs #locale.getdefaultlocale(): ('zh_CN', 'cp936') #locale.getpreferredencoding(): cp936 #'\xba\xba'.decode('mbcs'): u'\u6c49'   #英語(美國) #sys.getdefaultencoding(): UTF-8 #sys.getfilesystemencoding(): mbcs #locale.getdefaultlocale(): ('zh_CN', 'cp1252') #locale.getpreferredencoding(): cp1252 #'\xba\xba'.decode('mbcs'): u'\xba\xba'   #德語(德國) #sys.getdefaultencoding(): gbk #sys.getfilesystemencoding(): mbcs #locale.getdefaultlocale(): ('zh_CN', 'cp1252') #locale.getpreferredencoding(): cp1252 #'\xba\xba'.decode('mbcs'): u'\xba\xba'   #日語(日本) #sys.getdefaultencoding(): gbk #sys.getfilesystemencoding(): mbcs #locale.getdefaultlocale(): ('zh_CN', 'cp932') #locale.getpreferredencoding(): cp932 #'\xba\xba'.decode('mbcs'): u'\uff7a\uff7a'

可見，更改區域後，使用mbcs解碼得到了不正確的結果，所以，當我們需要使用'GBK'時，應該直接寫'GBK'，不要寫成'MBCS'。

UTF-16同理，雖然絕大多數操作系統中'UTF-16'是'UTF-16-LE'的同義詞，但直接寫'UTF-16-LE'只是多寫3個字符而已，而萬一某個操作系統中'UTF-16'變成了'UTF-16-BE'的同義詞，就會有錯誤的結果。實際上，UTF-16用的相當少，但用到的時候還是需要注意。

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