深入浅出地,彻彻底底地理解python中的编码

python处理文本的功能非常强大,但是如果是初学者,没有搞清楚python中的编码机制,也经常会遇到乱码或者decode error。本文的目的是简明扼要地说明python的编码机制,并给出一些建议。

问题1:问题在哪里?

问题是我们的靶子,心中没有问题去学习就会抓不住重点。

本文使用的编程环境是centos6.7,python2.7。我们在shell中键入python以打开python命令行,并键入如下两句话:

s = "中国zg" e = s.encode("utf-8")

现在的问题是:这段代码能运行吗?

答案是不能,会报如下的错:

UnicodeDecodeError: 'ascii' codec can't decode byte 0xe4 in position 0: ordinal not in range(128)

请留意一下错误中说明的0xe4,它是我们分析错误的突破口。

相信很多人都遇到过这个错误。那么新的问题来了。

问题2:why?

要搞清楚原因,我们不妨认真分析下这两句话的执行流程:

首先,我们通过键盘在python命令行解释器中键入了 中国zg 并且给它加上了英文的双引号,然后又赋值给了变量s,看起来很稀松平常是不是?其实里面大有玄机。

当我们通过键盘在程序中输入字符时,我们是通过操作系统完成这个功能的。我们在屏幕上看到的 中国zg 实际上是操作系统给我们人类的一个反馈,告诉你:“嗨,哥们,你在程序中输入了字符 中国zg ”

那操作系统给程序的反馈是什么呢?答案就是01串,这个01串是什么样子,又是怎么生成的呢?

答案就是操作系统使用自己的默认编码方式,将中国zg进行了编码,并把编码后的01串给了程序。

我们用的centos系统默认的编码是utf-8,所以,只要知道中国zg每个字符的utf-8的编码就可以知道01串是什么了。

查询后,可以获得它们的编码是(以16进制和2进制表示):

| 中 |国 | z |g| |: ------------- |:-------------:| -----:| |E4B8AD | E59BBD|7A|67| |11100101 10011011 10111101|11100101 10011011 10111101|01111010|01100111|

现在我们知道操作系统传给程序的01串长什么样子了。然后,程序会怎么处理它呢?

程序看到这个01串被双引号包围着,自然知道这个01串是一个字符串。然后这个字符串被赋值给了s。

到此,就是第一句的执行逻辑。

现在继续进行第二句的执行。

e = s.encode("utf-8")的意思是将字符串s用utf-8进行编码,并将编码后的字符串赋值给e。问题来了,程序现在知道s中的01串,还知道这个01串表示的是字符串,但这个字符串的编码是什么呢?我们必须知道01串的现有编码才能解析出里面的字符,也才能用新的编码方式,如utf-8来重新编码它。操作系统只给程序传来了01串,并没有告诉程序这个01串用的字符编码是什么。

此时,python程序就会用它自己默认的编码当作s的编码,进而来识别s中的内容。这个默认的编码是ASCII,所以,它会用ASCII来解释这个01串,识别出字符串的内容,再将这个字符串转为utf-8编码。

好了,程序碰到的第一个字节就是E4(11100101 ),傻眼! ASCII编码中没有这玩意儿,因为ASCII编码中字节第一位都是0。

怎么办?

报错呗,于是我们就看到了上面的错误。

错误中的0xe4就是字符 “中” 的utf8编码的第一个字节。

问题3:How?

知道问题出在哪里了,怎么解决这个问题呢?

显然,我们只要告诉程序,这个s中的01串的编码是utf-8,程序就应该能正确工作。

但这样的解决方法有一个问题,就是不够通用。

假如我有个程序,它要读取很多文本文件,每个文本文件的编码都不一样,岂不是针对每个读进来的文件都维护一个编码信息?很繁琐。

进一步,如果这些文本文件的内容还要做相互的比较连接之类的操作,编码都不一致,岂不是更麻烦?

python是怎么聪明地解决这个问题的呢?

很简单,就是decode!

decode的意思是说,你有一个字符串,并且你知道它的编码,只要你用该编码decode这个字符串,那么,python就会识别出里面的字符内容,同时,建一个int数组,将每个字符的unicode序号存进去。

所有的字符串都这样做,就可以确保在程序运行过程中,各种来源获得的字符串都有一样的表示。它们就可以方便地进行各种操作了。

上面说的 int数组会被python封装成一个对象,即unicode对象。

问题4:如何搞定

下面,我们在python命令行中输入如下两行代码:

e = s.decode("utf-8") isinstance(e,unicode)

程序的输出是True,这说明,decode后返回的e确实是一个unicode对象。

unicode在这里是一个类,是python里面的类。

e 被称作unicode字符串,意思是说,它存的是字符的unicode序号,并没有使用任何编码。

然后,我们就可以将e编码成任意一种编码,比如下面的操作都是可以的。

e.encode("utf-8") e.encode("gbk")

只要你选择的编码能够对e中的字符进行编码即可,如果不能编码,就会报错。

比如,如果你尝试这样:

e.encode("ascii")

由于ASCII并不能编码 中国 这两个字符,所以会爆出 encode error。

至此,我们已经看到了两种错误,decode error 和encode error,并解决了它们。

问题5:如何评价python的这种字符编码处理方法?

首先,这样的处理方法非常的简单。任何文本,只要它进入程序时进行一次decode,就会变成unicode对象,里面用int存着每个字符的unicode序号。只要在这个文本要输出时再进行一次encode,编码成我们需要的编码就可以了。

问题是,所有的字符都用一个int来表示会不会太浪费空间?毕竟,用ASCII编码,英文的字符只要一个字节就可以了。

确实会费点空间,但是现在的内存都足够大,而且我们只在程序内部使用这种方式,当字符串要写入文件或者通过网络传输时,我们都会进行相应的编码的。

还有一个问题,那些写死在程序中的字符串怎么办?难道每次使用都要进行一次decode?不同的操作系统默认使用的编码是不一样的,当我们在linux下,通常需要用utf8做decode,在Windows下,通常需要用gbk做 decode。这样,我们的代码就只能在特定的平台运行。

python给我们提供了一个很简单的办法,只要在字符串前面加一个u,它就会帮我们探测系统的编码,并自动完成decode。

问题6:总结下,学到了什么

本文用一个很常见的错误为起点,详细分析了python中的编码问题。我们看到了python处理字符问题的简单之处,也能够理解为什么python有这么强大的文本处理功能。

测试题:看你是否真正理解了。

假设一台linux上有一个文件a.txt,里面的内容是"中文"两个字符,编码方式是utf-8。

现在,在python程序中写如下语句:

import codec s="" with codec.open("a.txt",encoding="utf-8") as f: s=f.readline().strip()

with open("b.txt","w") as f: f.write(s)

请问这段代码能执行吗?为什么?

答案:不能!

s底下的表示是unicode,写出时python会对其进行编码,默认用的ascii编码无法对"中文"两个字符进行编码,所以会报错!

原文发布于微信公众号 - 人工智能LeadAI(atleadai)

原文发表时间:2017-12-10

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