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老齐 · 更新于 2018-06-22 09:01:27

字符编码

我在第一版的《零基础学 Python》中,这个标题前面加了“坑爹”两个字。在后来的实践中,很多朋友都在网上问我关于编码的事情。说明这的确是一个“坑”。

首先说明,在 Python2 中,编码问题的确有点麻烦。但是,Python3 就不用纠结于此了。但是,正如前面所说的原因,至少本教程还是用 Python2,所以,必须要搞清楚编码。当然了,搞清楚,也不是坏事。

字符编码,在编程中,是一个让学习者比较郁闷的东西,比如一个 str,如果都是英文,好说多了。但恰恰不是如此,中文是我们不得不用的。所以,哪怕是初学者,都要了解并能够解决字符编码问题。

>>> name = '老齐'
>>> name
'\xe8\x80\x81\xe9\xbd\x90'

在你的编程中,你遇到过上面的情形吗?认识最下面一行打印出来的东西吗?看人家英文,就好多了

>>> name = "qiwsir"
>>> name
'qiwsir'

难道这是中文的错吗?看来投胎真的是一个技术活。是的,投胎是技术活,但上面的问题不是中文的错。

编码

什么是编码?这是一个比较玄乎的问题。也不好下一个普通定义。我看到有的教材中有定义,不敢说他的定义不对,至少可以说不容易理解。

古代打仗,击鼓进攻、鸣金收兵,这就是编码。把要传达给士兵的命令对应为一定的其它形式,比如命令“进攻”,经过如此的信息传递:

  1. 长官下达进攻命令,传令员将这个命令编码为鼓声(如果复杂点,是不是有几声鼓响,如何进攻呢?)。
  2. 鼓声在空气中传播,比传令员的嗓子吼出来的声音传播的更远,士兵听到后也不会引起歧义,一般不会有士兵把鼓声当做打呼噜的声音。这就是“进攻”命令被编码成鼓声之后的优势所在。
  3. 士兵听到鼓声,就是接收到信息之后,如果接受过训练或者有人告诉过他们,他们就知道这是让我进攻。这个过程就是解码。所以,编码方案要有两套。一套在信息发出者那里,另外一套在信息接受者这里。经过解码之后,士兵明白了,才行动。

以上过程比较简单。其实,真实的编码和解码过程,要复杂了。不过,原理都差不多的。

举一个似乎遥远,其实不久前人们都在使用的东西做例子:电报

电报是通信业务的一种,在 19 世纪初发明,是最早使用电进行通信的方法。电报大为加快了消息的流通,是工业社会的其中一项重要发明。早期的电报只能在陆地上通讯,后来使用了海底电缆,开展了越洋服务。到了 20 世纪初,开始使用无线电拨发电报,电报业务基本上已能抵达地球上大部份地区。电报主要是用作传递文字讯息,使用电报技术用作传送图片称为传真。

中国首条出现电报线路是 1871 年,由英国、俄国及丹麦敷设,从香港经上海至日本长崎的海底电缆。由于清政府的反对,电缆被禁止在上海登陆。后来丹麦公司不理清政府的禁令,将线路引至上海公共租界,并在 6 月 3 日起开始收发电报。至于首条自主敷设的线路,是由福建巡抚丁日昌在台湾所建,1877 年 10 月完工,连接台南及高雄。1879 年,北洋大臣李鸿章在天津、大沽及北塘之间架设电报线路,用作军事通讯。1880 年,李鸿章奏准开办电报总局,由盛宣怀任总办。并在 1881 年 12 月开通天津至上海的电报服务。李鸿章説:“五年来,我国创设沿江沿海各省电线,总计一万多里,国家所费无多,巨款来自民间。当时正值法人挑衅,将帅报告军情,朝廷传达指示,均相机而动,无丝毫阻碍。中国自古用兵,从未如此神速。出使大臣往来问答,朝发夕至,相隔万里好似同居庭院。举设电报一举三得,既防止外敌侵略,又加强国防,亦有利于商务。”天津官电局于庚子遭乱全毁。1887 年,台湾巡抚刘铭传敷设了福州至台湾的海底电缆,是中国首条海底电缆。1884 年,北京电报开始建设,采用"安设双线,由通州展至京城,以一端引入署中,专递官信,以一端择地安置用便商民",同年 8 月 5 日,电报线路开始建设,所有电线杆一律漆成红色。8 月 22 日,位于北京崇文门外大街西的喜鹊胡同的外城商用电报局开业。同年 8 月 30 日,位于崇文门内泡子和以西的吕公堂开局,专门收发官方电报。

为了传达汉字,电报部门准备由 4 位数字或 3 位罗马字构成的代码,即中文电码,采用发送前将汉字改写成电码发出,收电报后再将电码改写成汉字的方法。

列位看官注意了,这里出现了电报中用的“中文电码”,这就是一种编码,将汉字对应成阿拉伯数字,从而能够用电报发送汉字。

1873 年,法国驻华人员威基杰参照《康熙字典》的部首排列方法,挑选了常用汉字 6800 多个,编成了第一部汉字电码本《电报新书》。

电报中的编码被称为摩尔斯电码,英文是 Morse Code

摩尔斯电码(英语:Morse Code)是一种时通时断的信号代码,通过不同的排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。是由美国人萨缪尔·摩尔斯在 1836 年发明。

摩尔斯电码是一种早期的数字化通信形式,但是它不同于现代只使用 0 和 1 两种状态的二进制代码,它的代码包括五种:点(.)、划(-)、每个字符间短的停顿(在点和划之间的停顿)、每个词之间中等的停顿、以及句子之间长的停顿

看来电报员是一个技术活,不同长短的停顿都代表了不同意思。哦,对了,有一个老片子《永不消逝的电波》,看完之后保证你才知道,里面根本就没有讲电报是怎么编码的。

摩尔斯电码在海事通讯中被作为国际标准一直使用到 1999 年。1997 年,当法国海军停止使用摩尔斯电码时,发送的最后一条消息是:“所有人注意,这是我们在永远沉寂之前最后的一声呐喊!”

我瞪着眼看了老长时间,这两行不是一样的吗?

不管这个了,总之,这就是编码。

计算机中的字符编码

先抄一段维基百科对字符编码的解释:

字符编码(英语:Character encoding)、字集码是把字符集中的字符编码为指定集合中某一对象(例如:比特模式、自然数串行、8 位组或者电脉冲),以便文本在计算机中存储和通过通信网络的传递。常见的例子包括将拉丁字母表编码成摩斯电码和 ASCII。其中,ASCII 将字母、数字和其它符号编号,并用 7 比特的二进制来表示这个整数。通常会额外使用一个扩充的比特,以便于以 1 个字节的方式存储。

在计算机技术发展的早期,如 ASCII(1963 年)和 EBCDIC(1964 年)这样的字符集逐渐成为标准。但这些字符集的局限很快就变得明显,于是人们开发了许多方法来扩展它们。对于支持包括东亚 CJK 字符家族在内的写作系统的要求能支持更大量的字符,并且需要一种系统而不是临时的方法实现这些字符的编码。

在这个世界上,有好多不同的字符编码。但是,它们不是自己随便搞搞的。而是要有一定的基础,往往是以名叫 ASCII 的编码为基础,这里边也应该包括北朝鲜吧(不知道他们用什么字符编码,瞎想的,别当真,不代表本教材立场,只代表瞎想)。

ASCII(pronunciation: 英语发音:/ˈæski/ ASS-kee[1],American Standard Code for Information Interchange,美国信息交换标准代码)是基于拉丁字母的一套电脑编码系统。它主要用于显示现代英语,而其扩展版本 EASCII 则可以部分支持其他西欧语言,并等同于国际标准 ISO/IEC 646。由于万维网使得 ASCII 广为通用,直到 2007 年 12 月,逐渐被 Unicode 取代。

上面的引文中已经说了,现在我们用的编码标准已经变成 Unicode 了,那么什么是 Unicode 呢?还是抄一段来自维基百科的说明

Unicode(中文:万国码、国际码、统一码、单一码)是计算机科学领域里的一项业界标准。它对世界上大部分的文字系统进行了整理、编码,使得电脑可以用更为简单的方式来呈现和处理文字。

Unicode 伴随着通用字符集的标准而发展,同时也以书本的形式对外发表。Unicode 至今仍在不断增修,每个新版本都加入更多新的字符。目前最新的版本为 7.0.0,已收入超过十万个字符(第十万个字符在 2005 年获采纳)。Unicode 涵盖的数据除了视觉上的字形、编码方法、标准的字符编码外,还包含了字符特性,如大小写字母。

听这名字:万国码,那就一定包含了中文喽。的确是。但是,光有一个 Unicode 还不行,因为....(此处省略若干字,看官可以到上面给出的维基百科链接中看),还要有其它的一些编码实现方式,Unicode 的实现方式称为 Unicode 转换格式(Unicode Transformation Format,简称为 UTF),于是乎有了一个我们在很多时候都会看到的 utf-8。

什么是 utf-8,还是看维基百科上怎么说的吧

UTF-8(8-bit Unicode Transformation Format)是一种针对 Unicode 的可变长度字符编码,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、网页及其他存储或发送文字的应用中,优先采用的编码。

不再多引用了,如果要看更多,请到原文。

看官现在是不是就理解了,前面写程序的时候,曾经出现过:coding:utf-8 的字样。就是在告诉 python 我们要用什么字符编码呢。

encode 和 decode

历史部分说完了,接下怎么讲?比较麻烦了。因为不管怎么讲,都不是三言两语说清楚的。姑且从 encode()和 decode()两个内置函数起吧。

codecs.encode(obj[, encoding[, errors]]):Encodes obj using the codec registered for encoding. codecs.decode(obj[, encoding[, errors]]):Decodes obj using the codec registered for encoding.

Python2 默认的编码是 ascii,通过 encode 可以将对象的编码转换为指定编码格式(称作“编码”),而 decode 是这个过程的逆过程(称作“解码”)。

做一个实验,才能理解:

>>> a = "中"
>>> type(a)
<type 'str'>
>>> a
'\xe4\xb8\xad'
>>> len(a)
3

>>> b = a.decode()
>>> b
u'\u4e2d'
>>> type(b)
<type 'unicode'>
>>> len(b)
1

这个实验不做之前,或许看官还不是很迷茫(因为不知道,知道的越多越迷茫),实验做完了,自己也迷茫了。别急躁,对编码问题的理解,要慢慢来,如果一时理解不了,也肯定理解不了,就先注意按照要求做,做着做着就豁然开朗了。

上面试验中,变量 a 引用了一个字符串,所谓字符串(str),严格地将是字节串,它是经过编码后的字节组成的序列。也就是你在上面的实验中,看到的是“中”这个字在计算机中编码之后的字节表示。(关于字节,看官可以 google 一下)。用 len(a)来度量它的长度,它是由三个字节组成的。

然后通过 decode 函数,将字节串转变为字符串,并且这个字符串是按照 unicode 编码的。在 unicode 编码中,一个汉字对应一个字符,这时候度量它的长度就是 1.

反过来,一个 unicode 编码的字符串,也可以转换为字节串。

>>> c = b.encode('utf-8')
>>> c
'\xe4\xb8\xad'
>>> type(c)
<type 'str'>
>>> c == a
True

关于编码问题,先到这里,点到为止吧。因为再扯,还会扯出问题来。看官肯定感到不满意,因为还没有知其所以然。没关系,请尽情 google,即可解决。

Python 中如何避免中文是乱码

这个问题是一个具有很强操作性的问题。我这里有一个经验总结,分享一下,供参考:

首先,提倡使用 utf-8 编码方案,因为它跨平台不错。

经验一:在开头声明:

# -*- coding: utf-8 -*-

有朋友问我-*-有什么作用,那个就是为了好看,爱美之心人皆有,更何况程序员?当然,也可以写成:

# coding:utf-8

经验二:遇到字符(节)串,立刻转化为 unicode,不要用 str(),直接使用 unicode()

unicode_str = unicode('中文', encoding='utf-8')
print unicode_str.encode('utf-8')

经验三:如果对文件操作,打开文件的时候,最好用 codecs.open,替代 open(这个后面会讲到,先放在这里)

import codecs
codecs.open('filename', encoding='utf8')

我还收集了网上的一片文章,也挺好的,推荐给看官:Python2.x的中文显示方法

最后告诉给我,如果用 Python3,坑爹的编码问题就不烦恼了。


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