python2.7--字符串和編碼

字符編碼
我們已經講過了,字符串也是一種數據類型,但是,字符串比較特殊的是還有一個編碼問題。

因爲計算機只能處理數字,如果要處理文本,就必須先把文本轉換爲數字才能處理。最早的計算機在設計時採用8個比特(bit)作爲一個字節(byte),所以,一個字節能表示的最大的整數就是255(二進制11111111=十進制255),如果要表示更大的整數,就必須用更多的字節。比如兩個字節可以表示的最大整數是65535,4個字節可以表示的最大整數是4294967295。

由於計算機是美國人發明的,因此,最早只有127個字母被編碼到計算機裏,也就是大小寫英文字母、數字和一些符號,這個編碼表被稱爲ASCII編碼,比如大寫字母A的編碼是65,小寫字母z的編碼是122。

但是要處理中文顯然一個字節是不夠的,至少需要兩個字節,而且還不能和ASCII編碼衝突,所以,中國製定了GB2312編碼,用來把中文編進去。

你可以想得到的是,全世界有上百種語言,日本把日文編到Shift_JIS裏,韓國把韓文編到Euc-kr裏,各國有各國的標準,就會不可避免地出現衝突,結果就是,在多語言混合的文本中,顯示出來會有亂碼。

因此,Unicode應運而生。Unicode把所有語言都統一到一套編碼裏,這樣就不會再有亂碼問題了。

Unicode標準也在不斷髮展,但最常用的是用兩個字節表示一個字符(如果要用到非常偏僻的字符,就需要4個字節)。現代操作系統和大多數編程語言都直接支持Unicode。

現在,捋一捋ASCII編碼和Unicode編碼的區別:ASCII編碼是1個字節,而Unicode編碼通常是2個字節。

字母A用ASCII編碼是十進制的65,二進制的01000001;

字符0用ASCII編碼是十進制的48,二進制的00110000,注意字符’0’和整數0是不同的;

漢字中已經超出了ASCII編碼的範圍,用Unicode編碼是十進制的20013,二進制的01001110 00101101。

你可以猜測,如果把ASCII編碼的A用Unicode編碼,只需要在前面補0就可以,因此,A的Unicode編碼是00000000 01000001。

新的問題又出現了:如果統一成Unicode編碼,亂碼問題從此消失了。但是,如果你寫的文本基本上全部是英文的話,用Unicode編碼比ASCII編碼需要多一倍的存儲空間,在存儲和傳輸上就十分不划算。

所以,本着節約的精神,又出現了把Unicode編碼轉化爲“可變長編碼”的UTF-8編碼。UTF-8編碼把一個Unicode字符根據不同的數字大小編碼成1-6個字節,常用的英文字母被編碼成1個字節,漢字通常是3個字節,只有很生僻的字符纔會被編碼成4-6個字節。如果你要傳輸的文本包含大量英文字符,用UTF-8編碼就能節省空間

字符 ASCII Unicode UTF-8
A 01000001 00000000 01000001 01000001
中 x 01001110 00101101 11100100 10111000 10101101
從上面的表格還可以發現,UTF-8編碼有一個額外的好處,就是ASCII編碼實際上可以被看成是UTF-8編碼的一部分,所以,大量只支持ASCII編碼的歷史遺留軟件可以在UTF-8編碼下繼續工作。

搞清楚了ASCII、Unicode和UTF-8的關係,我們就可以總結一下現在計算機系統通用的字符編碼工作方式:

在計算機內存中,統一使用Unicode編碼,當需要保存到硬盤或者需要傳輸的時候,就轉換爲UTF-8編碼。

用記事本編輯的時候,從文件讀取的UTF-8字符被轉換爲Unicode字符到內存裏,編輯完成後,保存的時候再把Unicode轉換爲UTF-8保存到文件:
這裏寫圖片描述
瀏覽網頁的時候,服務器會把動態生成的Unicode內容轉換爲UTF-8再傳輸到瀏覽器:
這裏寫圖片描述
所以你看到很多網頁的源碼上會有類似<meta charset="UTF-8" />的信息,表示該網頁正是用的UTF-8編碼。

Python的字符串
搞清楚了令人頭疼的字符編碼問題後,我們再來研究Python對Unicode的支持。

因爲Python的誕生比Unicode標準發佈的時間還要早,所以最早的Python只支持ASCII編碼,普通的字符串’ABC’在Python內部都是ASCII編碼的。Python提供了ord()和chr()函數,可以把字母和對應的數字相互轉換:

>>> ord('A')
65
>>> chr(65)
'A'

Python在後來添加了對Unicode的支持,以Unicode表示的字符串用u'...'表示,比如:

>>> print u'中文'
中文
>>> u'中'
u'\u4e2d'

u'中'u'\u4e2d'是一樣的,\u後面是十六進制的Unicode碼。因此,u'A'u'\u0041'也是一樣的。

兩種字符串如何相互轉換?字符串'xxx'雖然是ASCII編碼,但也可以看成是UTF-8編碼,而u'xxx'則只能是Unicode編碼。

u'xxx'轉換爲UTF-8編碼的'xxx'encode('utf-8')方法:

>>> u'ABC'.encode('utf-8')
'ABC'
>>> u'中文'.encode('utf-8')
'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'

英文字符轉換後表示的UTF-8的值和Unicode值相等(但佔用的存儲空間不同),而中文字符轉換後1個Unicode字符將變爲3個UTF-8字符,你看到的\xe4就是其中一個字節,因爲它的值是228,沒有對應的字母可以顯示,所以以十六進制顯示字節的數值。len()函數可以返回字符串的長度:

>>> len(u'ABC')
3
>>> len('ABC')
3
>>> len(u'中文')
2
>>> len('\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87')
6

反過來,把UTF-8編碼表示的字符串'xxx'轉換爲Unicode字符串u'xxx'decode('utf-8')方法:

>>> 'abc'.decode('utf-8')
u'abc'
>>> '\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8')
u'\u4e2d\u6587'
>>> print '\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8')
中文

由於Python源代碼也是一個文本文件,所以,當你的源代碼中包含中文的時候,在保存源代碼時,就需要務必指定保存爲UTF-8編碼。當Python解釋器讀取源代碼時,爲了讓它按UTF-8編碼讀取,我們通常在文件開頭寫上這兩行:

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-

第一行註釋是爲了告訴Linux/OS X系統,這是一個Python可執行程序,Windows系統會忽略這個註釋;

第二行註釋是爲了告訴Python解釋器,按照UTF-8編碼讀取源代碼,否則,你在源代碼中寫的中文輸出可能會有亂碼。

這裏寫圖片描述
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總結:在做編碼轉換的時候通常以unicode作爲中間編碼,先將其他編碼的字符串解碼(decode)爲unicode再從unicode編碼成另一種編碼。
python的print方法再windows下是gbk編碼。

# -*- coding:utf-8 -*-
import chardet
import sys

#:在文件頭上加了“# -*- coding:utf-8 -*-”,s是一個utf-8格式的字節串,
s = "人生苦短"
print chardet.detect(s)
#打印:{'confidence': 0.938125, 'encoding': 'utf-8'}

# : s被解碼爲unicode對象,賦給u
u = s.decode("utf-8")

# : u被編碼爲gbk格式的字節串,賦給sg
sg = s.encode("gbk")

print sg
#人生苦短
# -*- coding:utf-8 -*-
import chardet
import sys
#python的默認編碼,defaultencoding是ascii
reload(sys)
#設置defaultencoding=utf-8
sys.setdefaultencoding('utf-8')

#:在文件頭上加了“# -*- coding:utf-8 -*-”,s是一個utf-8格式的字節串,
s = "人生苦短"
print chardet.detect(s)
#打印:{'confidence': 0.938125, 'encoding': 'utf-8'}

#等價於s.decode(defaultencoding).encode("gbk"),又因爲再上面設置了#sys.setdefaultencoding('utf-8'),因此這裏不會出錯
sg = s.encode("gbk")

print sg
#人生苦短
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