兩位巨佬吃了一頓晚飯,整個互聯(lián)網(wǎng)徹底被改變了!
1992年9月, 一個周三的下午,貝爾實驗室。
Rob Pike (Go語言發(fā)明人之一) 正在操作系統(tǒng)Plan 9 上忙碌,這是繼Unix之后的一個大工程, 馬上就要完工了, 這個時候他突然接到了一個電話。
電話是IBM的人打來的,他們正在奧斯汀參加X/Open 委員會會議, 想請Rob Pike 和 Ken Thomson (Unix發(fā)明人) 對他們設計的一個Unicode編碼進行評審。
Rob Pike知道X/Open委員會主要負責制定Unix上的標準規(guī)范,以便提高應用程序的在不同Unix變體上的移植性。
很明顯,這一次會議的主題是:編碼!
Rob Pike想到了自己正在忙活的操作系統(tǒng)Plan 9 , 為了支持全世界的語言如英文、中文、韓文、日文、阿拉伯文...... Plan 9 當然要用Unicode 。
大家都知道Unicode只是規(guī)定了每個字符用什么編碼,但是沒有規(guī)定如何去存儲, 當時Plan 9 采用了一個叫做ISO 10646 UTF編碼, 但是這個編碼實在不怎么樣, 按照Rob Pike的話說:我們恨這個編碼。
Rob 和 Ken 立刻意識到:機會來了 !
Rob :我們有豐富的經(jīng)驗, 為什么不設計一個真正好用的Unicode存儲標準呢?
Ken :同意, 我們設計出來,把標準推廣的事情交給X/Open委員會。
倆人向IBM的人表達了這個想法, 得到了支持,條件是: 一定要快,快速設計、快速實現(xiàn)。
因為下周一就要投票表決了!
對于天才程序員來說,快速、高質(zhì)量把活兒搞定就是小菜一碟。
Ken :還記得《老婆離家三周,我開發(fā)了一個操作系統(tǒng)嗎?》
他們倆慢悠悠地去餐廳吃飯,在吃飯期間,Ken 和 Rob就把基本的方案給設計出來了,這就是大名鼎鼎的UTF-8。
回到貝爾實驗室,他們就把想法寫成了提綱,發(fā)給了X/Open 委員會的人, 委員會的回復是:
這比我們設計的版本好多了,你們什么時候能實現(xiàn)它?
Rob 和Ken 拍著胸脯說:放心吧,下周一肯定能有一個完整的、可以運行的實現(xiàn)。
當天晚上(周三),他們倆就卷起袖子干活, Ken 把packing和unpacking的代碼搞定, Rob則去折騰C和圖形庫相關的東西。
周四,所有的代碼都已完成,開始將Plan 9操作系統(tǒng)上的文本文件轉(zhuǎn)成UTF-8
周五,Plan 9 操作系統(tǒng)就已經(jīng)運行在UTF-8上面了。
實際花費不到三天!
這三天的工作成果最終統(tǒng)治了整個互聯(lián)網(wǎng)的編碼標準, 統(tǒng)計顯示, 現(xiàn)在96.8%的Web網(wǎng)站在使用UTF-8。
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故事講完了,我們來看看為什么UTF-8能流行起來。
前面說過Unicode只是一個字符集,它規(guī)定了每個字符的二進制代碼,例如“碼” , 對應的Unicode 是7801 , 二進制是
111 1000 0000 0001
需要兩個字節(jié)來保存, 如果表示其他更大范圍的字符,可能需要3個字節(jié)或者4個字節(jié),甚至更多。
當計算機面對這兩個字節(jié)的字節(jié)流的時候,就會出現(xiàn)嚴重的問題:計算機怎么知道這兩個字節(jié)表示的是一個字符?還是兩個字符?
大家知道英文字母用一個字節(jié)保存就夠了,如果Unicode規(guī)定每個英文字符也用兩個字節(jié)或三個字節(jié)來保存,那每個英文字母前面勢必要補上0, 文本文件要大兩到三倍。
這是巨大的浪費,肯定不行。
Rob和Ken的設計的UTF-8就比較聰明, 看看這個表:
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把Unicode 轉(zhuǎn)換成UTF-8,非常簡單,比如漢字“碼” , Unicode 是7801 , 二進制是 111 1000 0000 0001
7801對應上圖的第三行,只要把二進制從右向左填到對應的“模板”中就行,不夠的補零
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更多的細節(jié)就不展開了,關鍵要看看UTF-8有什么好處。
1. 兼容ASCII, 表格中的第一行就是為ASCII所設。
多字節(jié)編碼的每個字節(jié)的最高位永遠是 1,而 ASCII 字符編碼的最高位是 0,所以從根本上杜絕了編碼沖突。
2. 第一個字節(jié)就指明了后續(xù)的長度
當程序面對一個字節(jié)流的時候,只需要讀出第一個字節(jié)最前面有幾個1 ,就知道這個字符的長度,解碼很方便。
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3. 前綴碼
大家仔細觀察下, UTF-8中沒有任何合法字符是其他字符的前綴, 這樣就帶來了一個好處:支持程序快速地跳過有問題的字節(jié),然后正常解碼。
假設有兩個中文 “碼” 和 “農(nóng)”, 對應的UTF-8編碼為E7A081(碼) and E5869C(農(nóng))。
但是網(wǎng)絡傳輸丟失了一些數(shù)據(jù),變成了 E781 E5869C (即“碼”的A0丟失了)
現(xiàn)在程序先讀到了E7, 二進制是 1110 0111,它就知道這個字符應該是3字節(jié)的, 并且后面的兩個字節(jié)都應該以10 開頭。
于是它就要再讀兩個字節(jié), 因為A0這個字節(jié)丟失了, 程序讀到了81 和 E5。
程序就發(fā)現(xiàn):
81 (二進制10000001) 是符合規(guī)范的
E5(二進制11100101)的開始兩個bit不是10啊, 這應該是另外一個字符的開始。
所以程序就判斷出有字符丟失了,可以丟棄剛讀到的E7 81 , 然后從E5開始讀取, E5 86 9C ,最終顯示“農(nóng)”字。
是不是很巧妙?