Unicode 字符集，将全世界的文字存储到计算机
人们迫切希望有一种编码能够统一世界各地的字符，计算机只要安装了这一种字编码，就能支持使用世界上所有的文字，再也不会出现乱码，再也不需要转码了，这对计算机的数据传递来说是多么的方便呀！
就在这种呼吁下，Unicode 诞生了。Unicode 也称为 统一码、万国码；看名字就知道，Unicode 希望统一所有国家的字符编码。
Unicode 于 1994 年正式公布第一个版本，现在的规模可以容纳 100 多万个符号，是一个很大的集合。
有兴趣的读取可以转到 https://unicode-table.com/cn/ 查看 Unicode 包含的所有字符，以及各个国家的字符是如何分布的。
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Windows、Linux、Mac OS 等常见操作系统都已经从底层（内核层面）开始支持 Unicode，大部分的网页和软件也使用 Unicode，Unicode 是大势所趋。这个网站不太稳定，随时可能无法访问，不要问我为什么，访问不了也不要找我，没有比它更好的网站了。
不过由于历史原因，目前的计算机仍然安装了 ASCII 编码以及 GB2312、GBK、Big5、Shift-JIS 等地区编码，以支持不使用 Unicode 的软件或者文档。内核在处理字符时，一般会将地区编码先转换为 Unicode，再进行下一步处理。
Unicode 字符集是如何存储的
本节我们多次说 Unicode 是一套字符集，而不是一套字符编码，它们之间究竟有什么区别呢？严格来说，字符集和字符编码不是一个概念：
- 字符集定义了字符和二进制的对应关系，为每个字符分配了唯一的编号。可以将字符集理解成一个很大的表格，它列出了所有字符和二进制的对应关系，计算机显示文字或者存储文字，就是一个查表的过程。
-
而字符编码规定了如何将字符的编号存储到计算机中。如果使用了类似 GB2312 和 GBK 的变长存储方案（不同的字符占用的字节数不一样），那么为了区分一个字符到底使用了几个字节，就不能将字符的编号直接存储到计算机中，字符编号在存储之前必须要经过转换，在读取时还要再逆向转换一次，这套转换方案就叫做字符编码。
Unicode 可以使用的编码方案有三种，分别是：
- UTF-8：一种变长的编码方案，使用 1~6 个字节来存储；
- UTF-32：一种固定长度的编码方案，不管字符编号大小，始终使用 4 个字节来存储；
- UTF-16：介于 UTF-8 和 UTF-32 之间，使用 2 个或者 4 个字节来存储，长度既固定又可变。
UTF 是 Unicode Transformation Format 的缩写，意思是“Unicode 转换格式”，后面的数字表明至少使用多少个比特位（Bit）来存储字符。
1) UTF-8
UTF-8 的编码规则很简单：- 如果只有一个字节，那么最高的比特位为 0，这样可以兼容 ASCII；
- 如果有多个字节，那么第一个字节从最高位开始，连续有几个比特位的值为 1，就使用几个字节编码，剩下的字节均以 10 开头。
- 0xxxxxxx：单字节编码形式，这和 ASCII 编码完全一样，因此 UTF-8 是兼容 ASCII 的；
- 110xxxxx 10xxxxxx：双字节编码形式（第一个字节有两个连续的 1）；
- 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx：三字节编码形式（第一个字节有三个连续的 1）；
- 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx：四字节编码形式（第一个字节有四个连续的 1）。
下面是一些字符的 UTF-8 编码实例（绿色部分表示本来的 Unicode 编号）：
| 字符 |
字母N |
符号æ |
中文⻬ |
|---|---|---|---|
| Unicode 编号（二进制） | 01001110 | 11100110 | 00101110 11101100 |
| Unicode 编号（十六进制） | 4E | E6 | 2E EC |
| UTF-8 编码（二进制） | 01001110 | 11000011 10100110 | 11100010 10111011 10101100 |
| UTF-8 编码（十六进制） | 4E | C3 A6 | E2 BB AC |
2) UTF-32
UTF-32 是固定长度的编码，始终占用 4 个字节，足以容纳所有的 Unicode 字符，所以直接存储 Unicode 编号即可，不需要任何编码转换。浪费了空间，提高了效率。3) UTF-16
UFT-16 比较奇葩，它使用 2 个或者 4 个字节来存储。对于 Unicode 编号范围在 0 ~ FFFF 之间的字符，UTF-16 使用两个字节存储，并且直接存储 Unicode 编号，不用进行编码转换，这跟 UTF-32 非常类似。
对于 Unicode 编号范围在 10000~10FFFF 之间的字符，UTF-16 使用四个字节存储，具体来说就是：将字符编号的所有比特位分成两部分，较高的一些比特位用一个值介于 D800~DBFF 之间的双字节存储，较低的一些比特位（剩下的比特位）用一个值介于 DC00~DFFF 之间的双字节存储。
如果你不理解什么意思，请看下面的表格：
|
Unicode 编号范围 （十六进制） |
具体的 Unicode 编号 （二进制） |
UTF-16 编码 |
编码后的 字节数 |
|---|---|---|---|
| 0000 0000 ~ 0000 FFFF | xxxxxxxx xxxxxxxx | xxxxxxxx xxxxxxxx | 2 |
| 0001 0000---0010 FFFF | yyyy yyyy yyxx xxxx xxxx | 110110yy yyyyyyyy 110111xx xxxxxxxx | 4 |
位于 D800~0xDFFF 之间的 Unicode 编码是特别为四字节的 UTF-16 编码预留的，所以不应该在这个范围内指定任何字符。如果你真的去查看 Unicode 字符集，会发现这个区间内确实没有收录任何字符。
UTF-16 要求在制定 Unicode 字符集时必须考虑到编码问题，所以真正的 Unicode 字符集也不是随意编排字符的。
对比以上三种编码方案
首先，只有 UTF-8 兼容 ASCII，UTF-32 和 UTF-16 都不兼容 ASCII，因为它们没有单字节编码。1) UTF-8 使用尽量少的字节来存储一个字符，不但能够节省存储空间，而且在网络传输时也能节省流量，所以很多纯文本类型的文件（例如各种编程语言的源文件、各种日志文件和配置文件等）以及绝大多数的网页（例如百度、新浪、163 等）都采用 UTF-8 编码。
UTF-8 的缺点是效率低，不但在存储和读取时都要经过转换，而且在处理字符串时也非常麻烦。例如，要在一个 UTF-8 编码的字符串中找到第 10 个字符，就得从头开始一个一个地检索字符，这是一个很耗时的过程，因为 UTF-8 编码的字符串中每个字符占用的字节数不一样，如果不从头遍历每个字符，就不知道第 10 个字符位于第几个字节处，就无法定位。
不过，随着算法的逐年精进，UTF-8 字符串的定位效率也越来越高了，往往不再是槽点了。
2) UTF-32 是“以空间换效率”，正好弥补了 UTF-8 的缺点，UTF-32 的优势就是效率高：UTF-32 在存储和读取字符时不需要任何转换，在处理字符串时也能最快速地定位字符。例如，在一个 UTF-32 编码的字符串中查找第 10 个字符，很容易计算出它位于第 37 个字节处，直接获取就行，不用再逐个遍历字符了，没有比这更快的定位字符的方法了。
但是，UTF-32 的缺点也很明显，就是太占用存储空间了，在网络传输时也会消耗很多流量。我们平常使用的字符编码值一般都比较小，用一两个字节存储足以，用四个字节简直是暴殄天物，甚至说是不能容忍的，所以 UTF-32 在应用上不如 UTF-8 和 UTF-16 广泛。
3) UTF-16 可以看做是 UTF-8 和 UTF-32 的折中方案，它平衡了存储空间和处理效率的矛盾。对于常用的字符，用两个字节存储足以，这个时候 UTF-16 是不需要转换的，直接存储字符的编码值即可。
Windows 内核、.NET Framework、Cocoa、Java String 内部采用的都是 UTF-16 编码。UTF-16 是幕后的功臣，我们在编辑源代码和文档时都是站在前台，所以一般感受不到，其实很多文本在后台处理时都已经转换成了 UTF-16 编码。
不过，UNIX 家族的操作系统（Linux、Mac OS、iOS 等）内核都采用 UTF-8 编码，我们就不去争论谁好谁坏了。
宽字符和窄字符（多字节字符）
有的编码方式采用 1~n 个字节存储，是变长的，例如 UTF-8、GB2312、GBK 等；如果一个字符使用了这种编码方式，我们就将它称为多字节字符，或者窄字符。有的编码方式是固定长度的，不管字符编号大小，始终采用 n 个字节存储，例如 UTF-32、UTF-16 等；如果一个字符使用了这种编码方式，我们就将它称为宽字符。
Unicode 字符集可以使用窄字符的方式存储，也可以使用宽字符的方式存储；GB2312、GBK、Shift-JIS 等国家编码一般都使用窄字符的方式存储；ASCII 只有一个字节，无所谓窄字符和宽字符。
说了这么多，C 语言到底使用哪种字编码方式呢？其实这个问题有点复杂，我们将在《C语言到底使用什么编码？谁说C语言使用ASCII码，真是荒谬！》一节中展开讲解。
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