【转】字符编码简介
原文网址：http://blog.csdn.net/trochiluses/article/details/8782019
1.问题：乱码
在linux上，经常遇到这样的问题：新安转过的系统，经常无法显示汉字（乱码）；使用Vim或者gedit等编辑器的时候经常把汉字显示位乱码。使用python等语言来处理网页文件，经常会出现乱码的情况。所有的这些问题都和字符编码有关
2.为何会出现乱码？
计算机中储存的信息都是用二进制数表示的；而我们在屏幕上看到的英文、汉字等字符是二进制数转换之后的结果。通俗的说，按照何种规则将字符存储在计算机中。例如ASCII采用7位编码，a被编号为65，所有字符编码最高位都为0；此时如果计算机读取到某字节是是65，就显示“a”；如果某个字节存储的是ox1000,0000，而我们仍然采用ASCII进行解码，此时就会无法解码或者出现乱码。这就是说，编码要于解码对应才不会出现乱码。
3.常用字符编码
常见字符集名称：ASCII字符集、GB2312字符集、BIG5字符集、GB18030字符集、Unicode字符集等。计算机要准确的处理各种字符集文字，需要进行字符编码，以便计算机能够识别和存储各种文字。
3.1 ASCII编码
美国信息交换标准代码是一种用于信息交换的美国标准代码。7位字符集广泛用于代表标准美国键盘上的字符或符号。通过将这些字符使用的值标准化，ASCII允许计算机和计算机程序交换信息。ASCII字符集是与ANSI字符集中的前面128个(0-127)字符相同。
编码内容：常用英文字符/控制字符。
字符集数量：128
编码特征：每个编码长度均为一个字节，高位是0
优缺点：字符集数量过小，对欧洲常用字符支持比较弱。
为了解决字符集数量太少的问题，衍生出EASCII字符集，仍然是一个字节，但是高位为1.
3.2 GB2312编码
为了解决汉字编码问题，GB2312规定：一个小于127的字符的意义与原来相同，但两个大于127的字符连在一起时，就表示一个汉字，前面的一个字节（他称之为高字节）从0xA1用到 0xF7，后面一个字节（低字节）从0xA1到0xFE，这样我们就可以组合出大约7000多个简体汉字了。在这些编码里，还把数学符号、罗马希腊的 字母、日文的假名们都编进去了，连在ASCII里本来就有的数字、标点、字母都统统重新编了两个字节长的编码，这就是常说的"全角"字符，而原来在127号以下的那些就叫"半角"字符了。
特点：2字节编码，最高位都为1（如果为0，将按照ASCII解码）
评介：解决了汉字编码问题，但是简体字与生僻字的问题没有解决。
3.3 GB18030编码
简介：GB 18030，全称：国家标准GB 18030-2005《信息技术 中文编码字符集》，是中华人民共和国现时最新的内码字集。
特点：
- 与UTF-8相同，采用多字节编码，每个字可以由1个、2个或4个字节组成。
- 编码空间庞大，最多可定义161万个字符。
- 支持中国国内少数民族的文字，不需要动用造字区。
- 汉字收录范围包含繁体汉字以及日韩汉字
3.4 BIG5字符集
Big5，又称为大五码或五大码，是使用繁体中文（正体中文）社区中最常用的电脑汉字字符集标准，共收录13,060个汉字。中文码分为内码及交换码两类，Big5属中文内码，知名的中文交换码有CCCII、CNS11643。Big5虽普及于台湾、香港与澳门等繁体中文通行区，但长期以来并非当地的国家标准，而只是业界标准。倚天中文系统、Windows等主要系统的字符集都是以Big5为基准，但厂商又各自增加不同的造字与造字区，派生成多种不同版本。2003年，Big5被收录到CNS11643中文标准交换码的附录当中，取得了较正式的地位。这个最新版本被称为Big5-2003。
4.UNIcode
为了适合当地语言和字符，设计和实现类似GB2312/GBK/GB18030/BIG5的编码方案。这样各搞一套，在本地使用没有问题，一旦出现在网络中，由于不兼容，互相访问就出现了乱码现象。
举个例子：
在西方国家的EASCII之中，如果一个8b的数字用来表示一个字符，当最高位是1的时候，它表示一个拉丁字符等其他特殊字符；但是中文编码GB2312却规定，两个8b的字符，如果高位为1，那么它表示一个汉子。具体而言，“1111，0111；1111，0111”使用EASCII表示两个约等号，使用GB2312解码却表示一个汉子：也就是说，同样的存储，用不同的编码方案来解码，得到的结果不同。另外一个方面，同样对于“约等于号”，GB2312给它的编码是A1D006：对于同样的字符，不同的字符集有不同的编码。
为了解决这个问题，一个伟大的创想产生了——Unicode。Unicode编码系统为表达任意语言的任意字符而设计。可以想象，如果有一种编码，将世界上所有的符号都纳入其中。每一个符号都给予一个独一无二的编码，那么乱码问题就会消失。这就是Unicode，就像它的名字都表示的，这是一种所有符号的编码。它使用4字节的数字来表达每个字母、符号，或者表意文字(ideograph)。每个数字代表唯一的至少在某种语言中使用的符号。（并不是所有的数字都用上了，但是总数已经超过了65535，所以2个字节的数字是不够用的。）被几种语言共用的字符通常使用相同的数字来编码，除非存在一个在理的语源学(etymological)理由使不这样做。不考虑这种情况的话，每个字符对应一个数字，每个数字对应一个字符。即不存在二义性。不再需要记录"模式"了。U+0041总是代表'A'，即使这种语言没有'A'这个字符。
Unicode是字符集，UTF-32/ UTF-16/ UTF-8是三种字符编码方案。
Unicode当然是一个很大的集合，现在的规模可以容纳100多万个符号。每个符号的编码都不一样，比如，U+0639表示阿拉伯字母Ain，U+0041表示英语的大写字母A，U+4E25表示汉字"严"。
5.UNICODE的问题
需要注意的是，Unicode只是一个符号集，它只规定了符号的二进制代码，却没有规定这个二进制代码应该如何存储。
比如，汉字"严"的unicode是十六进制数4E25，转换成二进制数足足有15位（100111000100101），也就是说这个符号的表示至少需要2个字节。表示其他更大的符号，可能需要3个字节或者4个字节，甚至更多。
这里就有两个严重的问题，第一个问题是，如何才能区别Unicode和ASCII？计算机怎么知道三个字节表示一个符号，而不是分别表示三个符号呢？第二个问题是，我们已经知道，英文字母只用一个字节表示就够了，如果Unicode统一规定，每个符号用三个或四个字节表示，那么每个英文字母前都必然有二到三个字节是0，这对于存储来说是极大的浪费，文本文件的大小会因此大出二三倍，这是无法接受的。
它们造成的结果是：1）出现了Unicode的多种存储方式，也就是说有许多种不同的二进制格式，可以用来表示Unicode。2）Unicode在很长一段时间内无法推广，直到互联网的出现。
5.UTF-8
UTF-8（8-bit Unicode Transformation Format）是一种针对Unicode的可变长度字符编码（定长码），也是一种前缀码。它可以用来表示Unicode标准中的任何字符，且其编码中的第一个字节仍与ASCII兼容，这使得原来处理ASCII字符的软件无须或只须做少部份修改，即可继续使用。因此，它逐渐成为电子邮件、网页及其他存储或传送文字的应用中，优先采用的编码。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。
下表总结了编码规则，字母x表示可用编码的位。
Unicode符号范围 | UTF-8编码方式
(十六进制) | （二进制）
--------------------+---------------------------------------------
0000 0000-0000 007F | 0xxxxxxx
0000 0080-0000 07FF | 110xxxxx 10xxxxxx
0000 0800-0000 FFFF | 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
0001 0000-0010 FFFF | 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
跟据上表，解读UTF-8编码非常简单。如果一个字节的第一位是0，则这个字节单独就是一个字符；如果第一位是1，则连续有多少个1，就表示当前字符占用多少个字节。
下面，还是以汉字"严"为例，演示如何实现UTF-8编码。
已知"严"的unicode是4E25（100111000100101），根据上表，可以发现4E25处在第三行的范围内（0000 0800-0000 FFFF），因此"严"的UTF-8编码需要三个字节，即格式是"1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx"。然后，从"严"的最后一个二进制位开始，依次从后向前填入格式中的x，多出的位补0。这样就得到了，"严"的UTF-8编码是"11100100 10111000 10100101"，转换成十六进制就是E4B8A5。
参考文献：
1.吴秦 “unicode的创想”：http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2011/05/03/2035105.html
2.阮一峰 “字符编码笔记：ASCII，Unicode 和UTF-8”：http://www.ruanyifeng.com/blog/2007/10/ascii_unicode_and_utf-8.html
