# 字符串和编码 ### 字符编码 我们已经讲过了，字符串也是一种数据类型，但是，字符串比较特殊的是还有一个编码问题。 因为计算机只能处理数字，如果要处理文本，就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特（bit）作为一个字节（byte），所以，一个字节能表示的最大的整数就是255（二进制11111111=十进制255），如果要表示更大的整数，就必须用更多的字节。比如两个字节可以表示的最大整数是`65535`，4个字节可以表示的最大整数是`4294967295`。 由于计算机是美国人发明的，因此，最早只有127个字母被编码到计算机里，也就是大小写英文字母、数字和一些符号，这个编码表被称为`ASCII`编码，比如大写字母`A`的编码是`65`，小写字母`z`的编码是`122`。 但是要处理中文显然一个字节是不够的，至少需要两个字节，而且还不能和ASCII编码冲突，所以，中国制定了`GB2312`编码，用来把中文编进去。 你可以想得到的是，全世界有上百种语言，日本把日文编到`Shift_JIS`里，韩国把韩文编到`Euc-kr`里，各国有各国的标准，就会不可避免地出现冲突，结果就是，在多语言混合的文本中，显示出来会有乱码。  因此，Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里，这样就不会再有乱码问题了。 Unicode标准也在不断发展，但最常用的是用两个字节表示一个字符（如果要用到非常偏僻的字符，就需要4个字节）。现代操作系统和大多数编程语言都直接支持Unicode。 现在，捋一捋ASCII编码和Unicode编码的区别：ASCII编码是1个字节，而Unicode编码通常是2个字节。 字母`A`用ASCII编码是十进制的`65`，二进制的`01000001`； 字符`0`用ASCII编码是十进制的`48`，二进制的`00110000`，注意字符`'0'`和整数`0`是不同的； 汉字`中`已经超出了ASCII编码的范围，用Unicode编码是十进制的`20013`，二进制的`01001110 00101101`。 你可以猜测，如果把ASCII编码的`A`用Unicode编码，只需要在前面补0就可以，因此，`A`的Unicode编码是`00000000 01000001`。 新的问题又出现了：如果统一成Unicode编码，乱码问题从此消失了。但是，如果你写的文本基本上全部是英文的话，用Unicode编码比ASCII编码需要多一倍的存储空间，在存储和传输上就十分不划算。 所以，本着节约的精神，又出现了把Unicode编码转化为“可变长编码”的`UTF-8`编码。UTF-8编码把一个Unicode字符根据不同的数字大小编码成1-6个字节，常用的英文字母被编码成1个字节，汉字通常是3个字节，只有很生僻的字符才会被编码成4-6个字节。如果你要传输的文本包含大量英文字符，用UTF-8编码就能节省空间： | 字符 | ASCII | Unicode | UTF-8 | | --- | --- | --- | --- | | A | 01000001 | 00000000 01000001 | 01000001 | | 中 | x | 01001110 00101101 | 11100100 10111000 10101101 | 从上面的表格还可以发现，UTF-8编码有一个额外的好处，就是ASCII编码实际上可以被看成是UTF-8编码的一部分，所以，大量只支持ASCII编码的历史遗留软件可以在UTF-8编码下继续工作。 搞清楚了ASCII、Unicode和UTF-8的关系，我们就可以总结一下现在计算机系统通用的字符编码工作方式： 在计算机内存中，统一使用Unicode编码，当需要保存到硬盘或者需要传输的时候，就转换为UTF-8编码。 用记事本编辑的时候，从文件读取的UTF-8字符被转换为Unicode字符到内存里，编辑完成后，保存的时候再把Unicode转换为UTF-8保存到文件：  浏览网页的时候，服务器会把动态生成的Unicode内容转换为UTF-8再传输到浏览器：  所以你看到很多网页的源码上会有类似`<meta charset="UTF-8" />`的信息，表示该网页正是用的UTF-8编码。 ### Python的字符串 搞清楚了令人头疼的字符编码问题后，我们再来研究Python对Unicode的支持。 因为Python的诞生比Unicode标准发布的时间还要早，所以最早的Python只支持ASCII编码，普通的字符串`'ABC'`在Python内部都是ASCII编码的。Python提供了ord()和chr()函数，可以把字母和对应的数字相互转换： ``` >>> ord('A') 65 >>> chr(65) 'A' ``` Python在后来添加了对Unicode的支持，以Unicode表示的字符串用`u'...'`表示，比如： ``` >>> print u'中文' 中文 >>> u'中' u'\u4e2d' ``` 写`u'中'`和`u'\u4e2d'`是一样的，`\u`后面是十六进制的Unicode码。因此，`u'A'`和`u'\u0041'`也是一样的。 两种字符串如何相互转换？字符串`'xxx'`虽然是ASCII编码，但也可以看成是UTF-8编码，而`u'xxx'`则只能是Unicode编码。 把`u'xxx'`转换为UTF-8编码的`'xxx'`用`encode('utf-8')`方法： ``` >>> u'ABC'.encode('utf-8') 'ABC' >>> u'中文'.encode('utf-8') '\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87' ``` 英文字符转换后表示的UTF-8的值和Unicode值相等（但占用的存储空间不同），而中文字符转换后1个Unicode字符将变为3个UTF-8字符，你看到的`\xe4`就是其中一个字节，因为它的值是`228`，没有对应的字母可以显示，所以以十六进制显示字节的数值。`len()`函数可以返回字符串的长度： ``` >>> len(u'ABC') 3 >>> len('ABC') 3 >>> len(u'中文') 2 >>> len('\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87') 6 ``` 反过来，把UTF-8编码表示的字符串`'xxx'`转换为Unicode字符串`u'xxx'`用`decode('utf-8')`方法： ``` >>> 'abc'.decode('utf-8') u'abc' >>> '\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8') u'\u4e2d\u6587' >>> print '\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8') 中文 ``` 由于Python源代码也是一个文本文件，所以，当你的源代码中包含中文的时候，在保存源代码时，就需要务必指定保存为UTF-8编码。当Python解释器读取源代码时，为了让它按UTF-8编码读取，我们通常在文件开头写上这两行： ``` #!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- ``` 第一行注释是为了告诉Linux/OS X系统，这是一个Python可执行程序，Windows系统会忽略这个注释； 第二行注释是为了告诉Python解释器，按照UTF-8编码读取源代码，否则，你在源代码中写的中文输出可能会有乱码。 如果你使用Notepad++进行编辑，除了要加上`# -*- coding: utf-8 -*-`外，中文字符串必须是Unicode字符串：  申明了UTF-8编码并不意味着你的`.py`文件就是UTF-8编码的，必须并且要确保Notepad++正在使用UTF-8 without BOM编码：  如果`.py`文件本身使用UTF-8编码，并且也申明了`# -*- coding: utf-8 -*-`，打开命令提示符测试就可以正常显示中文：  ### 格式化 最后一个常见的问题是如何输出格式化的字符串。我们经常会输出类似`'亲爱的xxx你好！你xx月的话费是xx，余额是xx'`之类的字符串，而xxx的内容都是根据变量变化的，所以，需要一种简便的格式化字符串的方式。  在Python中，采用的格式化方式和C语言是一致的，用`%`实现，举例如下： ``` >>> 'Hello, %s' % 'world' 'Hello, world' >>> 'Hi, %s, you have $%d.' % ('Michael', 1000000) 'Hi, Michael, you have $1000000.' ``` 你可能猜到了，`%`运算符就是用来格式化字符串的。在字符串内部，`%s`表示用字符串替换，`%d`表示用整数替换，有几个`%?`占位符，后面就跟几个变量或者值，顺序要对应好。如果只有一个`%?`，括号可以省略。 常见的占位符有： | %d | 整数 | | %f | 浮点数 | | %s | 字符串 | | %x | 十六进制整数 | 其中，格式化整数和浮点数还可以指定是否补0和整数与小数的位数： ``` >>> '%2d-%02d' % (3, 1) ' 3-01' >>> '%.2f' % 3.1415926 '3.14' ``` 如果你不太确定应该用什么，`%s`永远起作用，它会把任何数据类型转换为字符串： ``` >>> 'Age: %s. Gender: %s' % (25, True) 'Age: 25\. Gender: True' ``` 对于Unicode字符串，用法完全一样，但最好确保替换的字符串也是Unicode字符串： ``` >>> u'Hi, %s' % u'Michael' u'Hi, Michael' ``` 有些时候，字符串里面的`%`是一个普通字符怎么办？这个时候就需要转义，用`%%`来表示一个`%`： ``` >>> 'growth rate: %d %%' % 7 'growth rate: 7 %' ``` ### 小结 由于历史遗留问题，Python 2.x版本虽然支持Unicode，但在语法上需要`'xxx'`和`u'xxx'`两种字符串表示方式。 Python当然也支持其他编码方式，比如把Unicode编码成GB2312： ``` >>> u'中文'.encode('gb2312') '\xd6\xd0\xce\xc4' ``` 但这种方式纯属自找麻烦，如果没有特殊业务要求，请牢记仅使用Unicode和UTF-8这两种编码方式。 在Python 3.x版本中，把`'xxx'`和`u'xxx'`统一成Unicode编码，即写不写前缀`u`都是一样的，而以字节形式表示的字符串则必须加上`b`前缀：`b'xxx'`。 格式化字符串的时候，可以用Python的交互式命令行测试，方便快捷。