由char和byte的关系引申出去——总结一下java中的字符编码相关知识

由char和byte的关系引申出去——总结一下java中的字符编码相关知识

一、字符编码

手持两把锟斤拷,口中直呼烫烫烫

​   在文章伊始,先来复习一下计算机中关于编码的一些基础知识,着重理清以下几个基本概念。

1. 码点(code point)

​   计算机只能以二进制的形式存储文字,故而计算机中每一个字母,文字,符号,emoji都对应着一个二进制数,而这个二进制数就是码点

2. 字符集

​   光有码点还不够,我们还得知道有哪些码点,这些码点又能表示哪些字符,于是便又到了喜闻乐见的制定标准环节。标准所支持的所有字符及其对应码点的集合被称为字符集。例如学过C语言的同学都知道的ASCII字符集,它共包含了128个字符,包括数字,26个字母的大小写及一些符号,对应的码点就是0-127。再有就是后面要提到的Unicode字符集。

3. 编码

​   以ASCII字符集为例,它的码点为0-127,最大不超过7bit,而计算机中一般是以8bit的字节(byte)为单位。出于种种考量,实际存储在计算机中的码点的二进制都会在头部添0,以8bit存储。例如A对应码点65,二进制为100 0001,实际在计算机中存储为0100 0001。这种在计算机中实际存储的内容到字符的映射就是编码。

​   我们熟悉的编码方式有ASCII,UTF-8,UTF-16,欧洲的ISO,中国大陆的GBK等等。计算机中存储的同一段二进制,用不同的编码方式,会得到完全不同的内容。

4. Unicode字符集

​   ASCII一共只包含了128个字符,显然不够用,于是便有了Unicode字符集。Unicode字符集中收录了世界上绝大多数文字,符号等,反正就是非常多。

​   行文至此,笔者想到自己当初学习时的一个疑惑,即字符集已经规定好了字符到码点的映射,为啥还有各种不同的编码方式。如果读者仔细理解了上文不难发现,在计算机中以何种方式存储码点是需要编码来确定。最简单的方法就是直接将码点转成二进制存储,比如对ASCII字符集的ASCII编码,对Unicode的UTF-32编码。

​   由于Unicode字符集数量极其旁大,单个字符最大已超过了3个字节(具体多大我也不清楚,目前用4个字节还足够表示),同时为了区分前后两个字符在哪里断开,utf-32编码简单粗暴得将每个字符以32位4字节的形式存储在计算机中。这样很好理解,但带来了严重的空间浪费,对于常用的字母得要存一堆0,简直就是0溢事件。

5. UTF-8编码

​   我们常见的utf-8便是为了解决上述问题而诞生的,他是针对于Unicode的可变长度编码方式,可以把不同字符以1,2,3,4字节大小存储到计算机中,同时utf-8兼容ascii,具体规则参考下图,也推荐大家看一下图片下方链接的视频,讲的很好:

由char和byte的关系引申出去——总结一下java中的字符编码相关知识插图

图片来源:【你懂乱码吗?锟斤拷烫烫烫(详解ASCII、Unicode、UTF-32、UTF-8编码)】 https://www.bilibili.com/video/BV1xP4y1J7CS/?share_source=copy_web&vd_source=f5db843fce15b7c3e2990f4f7a6e8921

二、Java中的字符编码

1. 编码方式:

​   有了以上知识的铺垫,其实接下来的问题就很好解决了。

​   首先,java中采用的是基于Unicode字符集的UTF-16编码方式。utf-16可以将不同字符以2或4字节大小存储在计算机中,可能有同学已经发现规律了,utf-8是以8bit为最小单位,而utf-16是以16 bit为最小单位,而这个最小单位实际上就是所谓的代码单元(code unit)

2. char类型:

​   基本类型char类型就是一个16bit的代码单元。我们日常里常用的字符,如字母,汉字等只需要一个char,而对于一些类似于emoji这样的码点值很大的字符,需要两个char。

​   java中char类型的字面量用'A'单引号括起来,表示一个字符常量。对于一些特殊字符,如回车,换行,我们要用到转义字符来表示,如下图:

由char和byte的关系引申出去——总结一下java中的字符编码相关知识插图1

图片来源:《java核心技术卷Ⅰ》

3. 应用:

​   行文至此,笔者又想起之前曾经看到过的一个相关的案例。

​   简言之就是需要对数据库中取出的用户名做一个截断,比如某些情况下只需要呈现用户名的前三个字。而这个系统允许用户上传的用户名中包含emoji表情。

​   在这种情况下就要注意了,一个emoji字符由两个char组成,如果简单得用String.subString()或者String.length是有问题的,因为这些方法都是以char为单位,可能会造成把一个emoji字符只截了一个char出来,从而导致问题。在这里就需要用String的codePoint相关的方法去截取,以码点为单位,因为一个码点一定代表一个字符,而一个char则未必。

​   详情见该视频:【Emoji 表情导致线上故障2个小时。老板直接损失10万。到底是什么问题?| 故障复盘 | 实战经验分享】 https://www.bilibili.com/video/BV1MG41177pT/?share_source=copy_web

三、 总结:

​   如果您坚持看到了这里,那么我想一定已经对于我标题提出的问题的答案了然于胸了。

​   char和byte的关系,现在看来这俩也没啥关系嘛,只能说我这个引申不是很合适。本文着重介绍了计算机字符编码的相关知识,同时也总结了java中有关字符编码的一些内容,希望能对你有所帮助。

四、 参考资料:

  1. 【你懂乱码吗?锟斤拷烫烫烫(详解ASCII、Unicode、UTF-32、UTF-8编码)】 https://www.bilibili.com/video/BV1xP4y1J7CS/?share_source=copy_web&vd_source=f5db843fce15b7c3e2990f4f7a6e8921
  2. 《java核心技术卷Ⅰ》

鄙人只是一名在读的软件工程专业的本科生,正在复习找工作,故而将复习时遇到的一些有意思的东西总结出来,既是加深理解,也是便于日后复习。

鄙人才疏学浅,若文中有谬误之处,还望诸位不吝斧正,以免误人子弟。若有同道中人想一同讨论学习,也可以联系我=>2938189276@qq.com。未经本人同意,请勿转载!

路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。

文章来源于互联网:由char和byte的关系引申出去——总结一下java中的字符编码相关知识

THE END
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