Unicode和UTF-8之间的转换详解

Unicode和UTF-8之间的转换详解

最近在用VC++开发一个小工具,平时用惯了.NET,用起VC++最郁闷的就是字符串处理。当然最最让人难于琢磨的就是字符集,编码之间的转换。通过这几天的研究,终于明白了Unicode和UTF-8之间编码的区别。Unicode是一个字符集,而UTF-8是Unicode的其中一种,Unicode是定长的都为双字节,而UTF-8是可变的,对于汉字来说Unicode占有的字节比UTF-8占用的字节少1个字节。Unicode为双字节,而UTF-8中汉字占三个字节。

UTF-8编码字符理论上可以最多到6个字节长,然而16位BMP(Basic Multilingual Plane)字符最多只用到3字节长。下面看一下UTF-8编码表:

U-00000000 - U-0000007F: 0xxxxxxx 
U-00000080 - U-000007FF: 110xxxxx 10xxxxxx 
U-00000800 - U-0000FFFF: 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 
U-00010000 - U-001FFFFF: 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 
U-00200000 - U-03FFFFFF: 111110xx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 
U-04000000 - U-7FFFFFFF: 1111110x 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

xxx 的位置由字符编码数的二进制表示的位填入, 越靠右的 x 具有越少的特殊意义,只用最短的那个足够表达一个字符编码数的多字节串。 注意在多字节串中, 第一个字节的开头”1”的数目就是整个串中字节的数目。而第一行中以0开头,是为了兼容ASCII编码,为一个字节,第二行就为双字节字符串,第三行为3字节,如汉字就属于这种,以此类推。(个人认为:其实我们可以简单的把前面的1的个数看成字节数)

为了要将Unicode转换为UTF-8,当然要知道他们的区别到底在什么地方。下面来看一下,在Unicode中的编码是怎样转换成UTF-8的,在UTF-8中,如果一个字符的字节小于0x80(128)则为ASCII字符,占一个字节,可以不用转换,因为UTF-8兼容ASCII编码。假如在Unicode中汉字“你”的编码为“u4F60”,把它转换为二进制为100111101100000,然后按照UTF-8的方法进行转换。可以将Unicode二进制从地位往高位取出二进制数字,每次取6位,如上述的二进制就可以分别取出为如下所示的格式,前面按格式填补,不足8位用0填补。

unicode:  100111101100000                  4F60
utf-8:    11100100,10111101,10100000       E4BDA0

从上面就可以很直观的看出Unicode到UTF-8之间的转换,当然知道了UTF-8的格式后,就可以进行逆运算,就是按照格式把它在二进制中的相应位置上取出,然后在转换就是所得到的Unicode字符了(这个运算可以通过“位移”来完成)。

如上述的“你”的转换,由于其值大于0x800小于0x10000,因此可以判断为三字节存储,则最高位需要向右移“12”位再根据三字节格式的最高位为11100000(0xE0)求或(|)就可以得到最高位的值了。同理第二位则是右移“6”位,则还剩下最高位和第二位的二进制值,可以通过与111111(0x3F)求按位于(&)操作,再和11000000(0x80)求或(|)。第三位就不用移位了,只要直接取最后六位(与111111(ox3F)取&),在与11000000(0x80)求或(|)。OK了,转换成功!在VC++中的代码如下所示(Unicode到UTF-8的转换)。

const wchar_t pUnicode = L"你";
char utf8[3+1];
memset(utf8,0,4);
utf8[0] = 0xE0|(pUnicode>>12);
utf8[1] = 0x80|((pUnicode>>6)&0x3F);
utf8[2] = 0x80|(pUnicode&0x3F);
utf8[3] = "\0";
//char[4]就是UTF-8的字符“你”了。

当然在UTF-8到Unicode的转换也是通过移位等来完成的,就是把UTF-8那些格式相应的位置的二进制数给揪出来。在上述例子中“你”为三个字节,因此要每个字节进行处理,有高位到低位进行处理。在UTF-8中“你”为11100100,10111101,10100000。从高位起即第一个字节11100100就是把其中的”0100”给取出来,这个很简单只要和11111(0x1F)取与(&),由三字节可以得知最到位肯定位于12位之前,因为每次取六位。所以还要将得到的结果左移12位,最高位也就这样完成了0100,000000,000000。而第二位则是要把“111101”给取出来,则只需将第二字节10111101和111111(0x3F)取与(&)。在将所得到的结果左移6位与最高字节所得的结果取或(|),第二位就这样完成了,得到的结果为0100,111101,000000。以此类推最后一位直接与111111(0x3F)取与(&),再与前面所得的结果取或(|)即可得到结果0100,111101,100000。OK,转换成功!在VC++中的代码如下所示(UTF-8到Unicode的转换)。

//UTF-8格式的字符串
const char* utf8 = "你";
wchar_t unicode;
unicode = (utf8[0] & 0x1F) << 12;
unicode |= (utf8[1] & 0x3F) << 6;
unicode |= (utf8[2] & 0x3F);
//unicode is ok!

当然在编程过程中不可能只转换一个字符,这里需要注意的是字符的长度一定要算清楚,不然会带来…以上就是我这几天研究的结果,至于Unicode的转换为GB2312在MFC中Windows有自带的API(WideCharToMultiByte)可以转换。这样也就能够将UTF-8格式转换为GB2312了,这里就不再赘述,如果大家有更好的方法希望指教。

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