周末女朋友出去逛街了，我自己一個人在家看綜藝節(jié)目，突然，女朋友給我打來電話。

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圖片來自 Pexels

 

過了一會，女朋友回來了，她拿出手機，給我看了她在超市拍的照片：

要想知道什么是亂碼，需要先從計算機編碼說起。

字符編碼和 ASCII

我們經(jīng)常看一些諜戰(zhàn)劇，諜戰(zhàn)劇里敵特、地下黨員以及八路軍各部間發(fā)送情報的時候，一般都是通過電報發(fā)送的。

電報在傳遞的過程中，需要發(fā)報員用電鍵發(fā)出長短不一的電碼，收報員就會聽到電報機發(fā)出的滴滴滴答答答的聲音。

其實電報發(fā)出的聲音都是"滴"和"答"的組合，"答"的聲音是"滴"的三倍長。

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發(fā)報員要先通過一種方式，將想要發(fā)送的情報轉成電報的滴答聲，收報員在聽到滴答聲之后，再將它們翻譯成正常的文字。這個過程就是字符編碼和字符解碼。

諜戰(zhàn)劇中將情報轉成電報的"滴"和"答"聲主要通過摩爾斯電碼，這是一種通過不同的排列順序來表達不同的英文字母、數(shù)字和標點符號的字符編碼方式。

莫爾斯電碼由短的和長的電脈沖(稱為點和劃)所組成。點和劃的時間長度都有規(guī)定，以一點為一個基本單位，一劃等于三個點的長度。正好對應上電報的"滴"和"答"。

就像電報只能發(fā)出"滴"和"答"聲一樣，計算機只認識 0 和 1 兩種字符，但是，人類的文字是多種多樣的，如何把人類的文字轉換成計算機認識的 01 字符呢，這個過程同樣需要通過字符編碼。

字符編碼(Character encoding)是一套法則，使用該法則能夠?qū)ψ匀徽Z言的字符的一個集合(如字母表或音節(jié)表)，與其他東西的一個集合(如號碼或電脈沖)進行配對。

和摩爾斯電碼功能類似，上個世紀 60 年代，美國制定了一套字符編碼，對英語字符與二進制位之間的關系，做了統(tǒng)一規(guī)定，這被稱為 ASCII 碼，一直沿用至今。

ASCII(American Standard Code for Information Interchange，美國信息交換標準代碼)是基于拉丁字母的一套計算機編碼系統(tǒng)。

它主要用于顯示現(xiàn)代英語，其中共有 128 個字符，包含了所有的大寫和小寫字母，數(shù)字 0 到 9、標點符號， 以及在美式英語中使用的特殊控制字符等。

由于 ASCII 只有 128 個字符，雖然對于英文字符都可以表示了，但是世界上還有很多其他的文字他是沒辦法表示的，所以需要一種更加全面的字符編碼。

在介紹其他的字符編碼之前，我們先來說一下一個計算機領域通用的字符集。

Unicode

Unicode(中文：萬國碼、國際碼、統(tǒng)一碼、單一碼)是計算機科學領域里的一項業(yè)界標準。

它對世界上大部分的文字系統(tǒng)進行了整理、編碼，使得計算機可以用更為簡單的方式來呈現(xiàn)和處理文字。

Unicode 至今仍在不斷增修，每個新版本都加入更多新的字符。目前最新的版本為 2019 年 5 月公布的 12.1，這一版本只新增了 1 個字符，即日本新年號令和的合字。

Unicode 備受認可，并廣泛地應用于計算機軟件的國際化與本地化過程。有很多新科技，如可擴展置標語言(Extensible Markup Language，簡稱：XML)、Java 編程語言以及現(xiàn)代的操作系統(tǒng)，都采用 Unicode 編碼。

Unicode 是一套通用的字符集，包含世界上的大部分文字，也就是說，Unicode 是可以表示中文的。

UTF-8，UTF-16，UTF-32

Unicode 雖然統(tǒng)一了全世界字符的編碼，但沒有規(guī)定如何存儲。這么做是有考慮的：如果 Unicode 統(tǒng)一規(guī)定，每個符號就要用 3 個或 4 個字節(jié)表示，因為字符太多，只能用這么多字節(jié)才能表示完全。

一旦這么規(guī)定，那么每個英文字母前都必然有 2 到 3 個字節(jié)是 0，因為所有英文字母在 ASCII 中都有，都可以用 1 個字節(jié)表示，剩余字節(jié)位置就要補充 0。

如果這樣，文本文件的大小會因此大出二三倍，這對于存儲來說是極大的浪費。

為了解決這個問題，就出現(xiàn)了一些中間格式的字符集，他們被稱為通用轉換格式，即 UTF(Unicode Transformation Format)。

常見的 UTF 格式有：

• UTF-7
• UTF-7.5
• UTF-8
• UTF-16
• UTF-32

UTF-8：使用 1 至 4 個字節(jié)為每個字符編碼，UTF-16：使用 2 或 4 個字節(jié)為每個字符編碼，UTF-32：使用 4 個字節(jié)為每個字符編碼。

所以我們可以說，UTF-8、UTF-16 等都是 Unicode 的一種實現(xiàn)方式。

舉個例子，Unicode 規(guī)定了 1 個中文字符 "我"對應的 Unicode 是 "\u6211"，但是，在 UTF-8 和 UTF-16 等不同的實現(xiàn)方式下，這個二進制 Code 的存儲方式是不一樣的。

UTF-8 使用可變長度字節(jié)來儲存 Unicode 字符，例如 ASCII 字母繼續(xù)使用 1 字節(jié)儲存，重音文字、希臘字母或西里爾字母等使用 2 字節(jié)來儲存，而常用的漢字就要使用 3 字節(jié)。輔助平面字符則使用 4 字節(jié)。

GBK，GB2312，GB18030

因為 UTF-8 是 Unicode 的一種實現(xiàn)，所以他包含了世界上的所有文字的編碼，他采用的是 1-4 字節(jié)進行編碼。

對于那些排在前面優(yōu)先納入的文字，可能就優(yōu)先使用 1 字節(jié)、2 字節(jié)存儲了，對于后納入的文字，就要使用 3 字節(jié)或者 4 字節(jié)存儲了。

正是因為他太全了，所以那些晚一些納入的字符，在 UTF-8 中的存儲所占的字節(jié)數(shù)可能就會多一些，那他的存儲空間要求就會很大。

對于常用的漢字，在 UTF-8 中采用 3 字節(jié)進行編碼，但是如果有一種只包含中文和 ASCII 的編碼的話，就不需要使用 3 個字節(jié)，可能 2 個字節(jié)就夠了。

對于大部分網(wǎng)站來說，基本都是只服務一個國家或者地區(qū)的，比如一個中國的網(wǎng)站，一般會出現(xiàn)簡體字和繁體字以及一些英文字符，很少會出現(xiàn)日語或者韓文的。

也是出于這樣的考慮，中國國家標準總局于 1981 年制定并實施了 GB 2312-80 編碼，即中華人民共和國國家標準簡體中文字符集。

后來廠商微軟利用 GB 2312-80 未使用的編碼空間，收錄 GB 13000.1-93 全部字符制定了 GBK 編碼。

有了標準中文字符集，如果是一個純中文網(wǎng)站，就可以采用這種編碼方式，這樣可以大大節(jié)省一些存儲空間的。

常用的中文編碼有 GBK，GB2312，GB18030 等，最常用的是 GBK。

GB2312(1980 年)，16 位字符集，收錄有 6763 個簡體漢字，682 個符號，共 7445 個字符：

• 優(yōu)點：適用于簡體中文環(huán)境，屬于中國國家標準，通行于大陸，新加坡等地。
• 缺點：不兼容繁體中文，其漢字集合過少。

GBK(1995 年)，16 位字符集，收錄有 21003 個漢字，883 個符號，共 21886 個字符：

• 優(yōu)點：適用于簡繁中文共存的環(huán)境，為簡體 Windows 所使用，向下完全兼容 GB2312，向上支持 ISO-10646 國際標準 ;所有字符都可以一對一映射到 Unicode 2.0 上。
• 缺點：不屬于官方標準和 big5 之間需要轉換;很多搜索引擎都不能很好地支持 GBK 漢字。

GB18030(2000 年)，32 位字符集;收錄了 27484 個漢字，同時收錄了藏文、蒙文、維吾爾文等主要的少數(shù)民族文字：

優(yōu)點：可以收錄所有你能想到的文字和符號，屬于中國最新的國家標準。

缺點：目前支持它的軟件較少。

亂碼

我們還拿前面介紹過的發(fā)電報的例子來說，假設有以下場景：發(fā)報員使用“美式摩爾斯電碼”將情報轉換成電報，收報員接收到電報之后，通過“現(xiàn)代國際摩爾斯電碼”進行破譯。那么得到的情報內(nèi)容就可能完全看不懂，這就是亂碼了。

就像在計算機領域，我們把一串中文字符通過 UTF-8 進行編碼傳輸給別人，別人拿到這串文字之后，通過 GBK 進行解碼，得到的內(nèi)容就會是“錕屆瀿錕斤拷雮傡錕斤拷直錕斤拷錕”，這就是亂碼。

如以下代碼：

public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException { 
    String s = "漫話編程！"; 
 
    byte[] bytes = s.getBytes(Charset.forName("GBK")); 
 
    System.out.println("GBK編碼，GBK解碼：" + new String(bytes, "GBK")); 
 
    System.out.println("GBK編碼，GB18030解碼：" + new String(bytes, "GB18030")); 
 
    System.out.println("GBK編碼，UTF-8解碼：" + new String(bytes, "UTF-8")); 
} 

輸出結果：

GBK編碼，GBK解碼：漫話編程！ 
GBK編碼，GB18030解碼：漫話編程！ 
GBK編碼，UTF-8解碼：???????? 

可以看到，將中文字符，通過 GBK 編碼，再使用 UTF-8 解碼，得到的字符就是一串問號，這就是亂碼了。

錕斤拷的前世今生

因為 Unicode 是一直在更新的，在這個過程中，肯定有一些比較新的字符他是無法表示的。

或者即使 Unicode 發(fā)布了新版納入了某個文字，但是很多軟件系統(tǒng)并未升級也會有這樣的問題。

就像生活中一些手機廠商新出的那些 emoji 表情，在自己的手機上可以正常顯示，發(fā)到其他品牌的手機上可能就無法顯示。這其實也是字符集不支持導致的。

發(fā)生以上情況時，無法顯示的時候也需要有一個字符來表示的，在 Unicode 中，這個字符就是 � ，他也是 Unicode 中定義的一個特殊字符。

也就是"0xFFFD REPLACEMENT CHARACTER"，所有無法表示的字符都會通過這個字符來表示。

Unicode 官方有關于這個符號的介紹，從上表中可以看到，他的 10 進制表示是 65533，在 UTF-8 下，他的 16 進制形式是'0xEF 0xBF 0xBD'(三個字節(jié))。

如果有兩個連續(xù)的字符都無法顯示，如"� �" ，那么在 UTF-8 編碼下，16 進制表示為：

0xEF 0xBF 0xBD  
0xEF 0xBF 0xBD 

以上這段編碼，如果放到 GBK 中進行解碼的話，因為 GBK 中一個漢字兩個字節(jié)，那么結果就是：

0xEF 0xBF, 0xBD 0xEF, 0xBF 0xBD 

即：

0xEFBF 
0xBDEF 
0xBFBD 

那么，如果展示出來，就是：錕(0xEFBF)，斤(0xBDEF)，拷(0xBFBD)。

所以，以后再見到錕斤拷，第一時間想到 UTF-8 和 GBK 的轉換問題準沒錯。

除了錕斤拷以外，還有兩組比較經(jīng)典的亂碼，分別是"燙燙燙"和"屯屯屯"，這兩個亂碼產(chǎn)生自 VC，這是 Debug 模式下 VC 對內(nèi)存的初始化操作。

VC 會把棧中新分配的內(nèi)存初始化為 0xcc，而把堆中新分配的內(nèi)存初始化為 0xcd。把 0xcc 和 0xcd 按照字符打印出來，就是燙和屯了。