Python 字符串和编码

1.字符编码介绍

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。

1.1Unicode编码

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。

1.2ASCII编码和Unicode编码的区别

(1).ASCII编码是1个字节,而Unicode编码通常是2个字节。
(2).字母A用ASCII编码是十进制的65,二进制的01000001;
(3).字符o用ASCII编码是十进制的48,二进制的00110000,注意字符'o'和整数0是不同的;
(4).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。

1.3utf-8编码

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:

1.4Python的字符串 ASCII Unicode utf-8的相互转换

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:

print ('A转换ASCII编码:{}'.format(ord('A')))
print ('65转换字符编码:{}'.format(chr(65)))

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'
u'中文'

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')
u'中文'.encode('utf-8')

1.5小结

(1).Python最早只支持ASCII,由于Unicode编码的出现,再后来又添加了对Unicode的支持
逆ASCII编码:大小写英文字母、数字和一些符号
(2) 逆ASCII编码() => ASCII编码: ord('A')
(3) ASCII编码 => 逆ASCII编码: chr(65)
(3). => Unicode: u'中文'
(4).Unicode => utf-8: u'中文'.encode('utf-8')
注意: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。

1.6字符串长度

len()函数可以返回字符串的长度:
len(u'ABC') #3 ASCII
len('ABC')#3 ASCII
len(u'中文')#2 utf-8
len('\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87')#6 Unicode
len('中文')#6 Unicode

1.7 UTF-8 => Unicode转换

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')

1.8添加头代码

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:

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;

    #!/usr/bin/env python

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。

    # -*- coding: utf-8 -*-

注意: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:

1.9格式化输出

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:

    %d  整数
    %f  浮点数
    %s  字符串
    %x  十六进制整数

print ('Hello.%s' % 'world')
'Hello.%s' % 'world'

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)
'%.2f' % 3.1415926

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:
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'
'%s %s' % (25,True)

用%%来表示一个%:

'Earth\'s water accounts for only %s %% of the total water in Shanghai' % 7

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