Python3的编码问题

​介绍Python3中的编码问题前，第一个段落对字节、ASCII​与Unicode与UTF-8等进行基本介绍，如果不对这几种编码犯头晕，可直接跳过。

ASCII​与Unicode与UTF-8与GBK

首先从老大哥说起。跟很多人一样，大学读了这么久，久仰ASCII编码的大名。要说这个老大哥，我们再先从字节说起。一个字节包括八个比特位，每个比特位表示0或1，一个字节即可表示从00000000到11111111共2^8=256个数字。一个ASCII编码使用一个字节（除去字节的最高位作为作奇偶校验位），ASCII编码实际使用一个字节中的7个比特位来表示字符，共可表示2^7=128个字符。比如那时写C语言的程序，就经常要背下ASCII编码中的01000001（即十进制的65）表示字符‘A’，01000001加上32之后的01100001（即十进制的97）表示字符‘a’。现在打开Python，调用chr和ord函数，我们可以看到Python为我们对ASCII编码进行了转换。

第一个00000000表示空字符，因此ASCII编码实际上只包括了字母、标点符号、特殊符号等共127个字符。因为ASCII是在美国出生的，对于由字母组成单词进而用单词表达的英文来说也是够了。但是中国人、日本人、韩国人等其他语言的人不服了。中文是一个字一个字，ASCII编码用上了浑身解数256个字符都不够用。

因此后来出现了Unicode编码。Unicode编码通常由两个字节组成，共表示256*256个字符，即所谓的UCS-2。某些偏僻字还会用到四个字节，即所谓的UCS-4。也就是说Unicode标准也还在发展。但UCS-4出现的比较少，我们先记住：最原始的ASCII编码使用一个字节编码，但由于语言差异字符众多，人们用上了两个字节，出现了统一的、囊括多国语言的Unicode编码。

在Unicode中，原本ASCII中的127个字符只需在前面补一个全零的字节即可，比如前文谈到的字符‘a’：01100001，在Unicode中变成了00000000 01100001。不久，美国人不开心了，吃上了世界民族之林的大锅饭，原本只需一个字节就能传输的英文现在变成两个字节，非常浪费存储空间和传输速度。

人们再发挥聪明才智，于是出现了UTF-8编码。因为针对的是空间浪费问题，因此这种UTF-8编码是可变长短的，从英文字母的一个字节，到中文的通常的三个字节，再到某些生僻字的六个字节。解决了空间问题，UTF-8编码还有一个神奇的附加功能，那就是兼容了老大哥的ASCII编码。一些老古董软件现在在UTF-8编码中可以继续工作。

注意除了英文字母相同，汉字在Unicode编码和UTF-8编码中通常是不同的。比如​汉字的‘中’字在Unicode中是01001110 00101101，而在UTF-8编码中是11100100 10111000 10101101。

我们祖国母亲自然也有自己的一套标准。那就是GB2312和GBK。当然现在挺少看到。通常都是直接使用UTF-8。记得我唯一一次看到GB编码的网页，是一个成人网站。

Python3中的默认编码

Python3中默认是UTF-8，我们通过以下代码：

import sys

sys.getdefaultencoding()

可查看Python3的默认编码。​

Python3中的​encode和decode

Python3中字符编码经常会使用到decode和encode函数。特别是在抓取网页中，这两个函数用的熟练非常有好处。我的理解，encode的作用，使我们看到的直观的字符转换成计算机内的字节形式。decode刚好相反，把字节形式的字符转换成我们看的懂的、直观的、“人模人样”的形式。如下图。

\x表示后面是十六进制，\xe4\xb8\xad即是二进制的11100100 10111000 10101101。也就是说汉字‘中’encode成字节形式，是11100100 10111000 10101101。同理，我们拿11100100 10111000 10101101也就是\xe4\xb8\xad来decode回来，就是汉字‘中’。完整的应该是b'\xe4\xb8\xad'，在Python3中，以字节形式表示的字符串则必须加上前缀b，也就是写成上文的b'xxxx'形式。

前文说的Python3的默认编码是UTF-8，所以我们可以看到，Python处理这些字符的时候是以UTF-8来处理的。因此从上图可以看到，就算我们通过encode('utf-8')特意把字符encode为UTF-8编码，出来的结果还是相同：b'\xe4\xb8\xad'。

明白了这一点，同时我们知道​UTF-8兼容ASCII，我们可以猜想大学时经常背诵的‘A’对应ASCII中的65，在这里是不是也能正确的decode出来呢。十进制的65转换成十六进制是41，我们尝试下：

b'\x41'.decode()

结果如下。果然是字符‘A’

Python3中的​编码转换

据说字符在计算机的内存中统一是以Unicode编码的。只有在字符要被写进文件、存进硬盘或者从服务器发送至客户端（例如网页前端的代码）时会变成utf-8。但其实我比较关心怎么把这些字符以Unicode的字节形式表现出来，露出它在内存中的庐山正面目的。这里有个照妖镜：

xxxx.encode/decode('unicode-escape')

输出如下

b'\\u4e2d'还是b'\u4e2d，一个斜杠貌似没影响。同时可以发现在shell窗口中，直接输'\u4e2d'和输入b'\u4e2d'.decode('unicode-escape')是相同的，都会打印出汉字‘中’，反而是'\u4e2d'.decode('unicode-escape')会报错。说明说明Python3不仅支持Unicode，而且一个‘\uxxxx’格式的Unicode字符可被辨识且被等价于str类型。

​如果我们知道一个Unicode字节码，怎么变成UTF-8的字节码呢。懂了以上这些，现在我们就有思路了，先decode，再encode。代码如下：

​xxx.decode('unicode-escape').encode()

测试如下：

可以看到最后输出的UTF-8字节与上面的相同。尝试成功。所以其他的编码之间的转换，大概也是如此。

​最后的扩展

还记得刚刚那个ord吗。时代变迁，老大哥ASCII被人合并，但ord还是有用武之地。试试ord('中')，输出结果是20013。20013是什么呢，我们再试试hex(ord('中'))，输出结果是'0x4e2d'，也就是20013是我们在上文见面了无数次的x4e2d的十进制值。这里说下hex，是用来转换成十六进制的函数，学过单片机的人对hex肯定不会陌生。

最后的扩展，在网上看到的他人的问题。我们写下类似于'\u4e2d'的字符，Python3知道我们想表达什么。但是让Python读取某个文件的时候出现了'\u4e2d'，是不是计算机就不认识它了呢？后来下文有人给出了答案。如下：

import codecs

file = codecs.open( "a.txt", "r", "unicode-escape" )

u = file.read()

print(u)

​恩，有空我也得试试。