高 unicode 码点如何表示为两个码点？答案

【问题标题】：How is a high unicode codepoint expressed as two codepoints?高 unicode 码点如何表示为两个码点？
【发布时间】：2016-02-12 01:25:37
【问题描述】：

我 seen 认为 >2 字节的 unicode 代码点（如 U+10000）可以写成一对，如 \uD800\uDC00。它们似乎以轻咬 d 开头，但我注意到的仅此而已。

这个分裂动作叫什么？它是如何工作的？

【问题讨论】：

UTF 定义了代码点如何编码为代码单元，其大小可以是 7 位、8 位、16 位或 32 位，具体取决于 UTF。 UTF-8 使用 1、2、3 或 4 个 8 位代码单元对代码点进行编码，具体取决于代码点的值。 UTF-16 使用 1 个或 2 个 16 位代码单元对代码点进行编码，其中 2 个代码单元一起作用称为代理对。每个 UTF 都定义了自己的算法，用于将代码点转换为代码单元序列，反之亦然。阅读 UTF 规范。
简而言之，对于 UTF-16，如果代码点 > 0xFFFF，则从中减去 0x010000，剩下 20 位。它们被分成两半，其中高 10 位添加到 0xD800，低 10 位添加到 0xDC00。从而创建一个代理对。
Unicode 最初是 16 位标准，一直到第 3 版。当决定需要更多位时，预留了一组代码点来编码更高的代码点，以便围绕16 位版本在没有重大改造的情况下仍然可以“工作”。将代码点编码为代理对和 UTF-16 将代码点直接编码为 UTF-16。注意 UTF-8 用于支持编码为代理对的补充代码点，总共 6 个字节。这不再受支持。见 CESU-8，unicode.org/reports/tr26
@ShannonSeverance：您所指的“16 位版本”被称为 UCS-2，而不是 UTF-16。 UTF-16 向后兼容 UCS-2，但为编码不适合 UCS-2 的代码点添加了代理对。
@Clearquestionwithexamples：代理对是两个 16 位代码单元一起工作。您在问题中显示的这对使用转义序列来表示各个代码单元的数值。

标签： unicode

【解决方案1】：

UTF-8 意味着（用我自己的话）处理的最小原子是一个字节（代码单元是 1 字节长）。我不知道从历史上看是否，但至少从概念上讲，UCS-2 和 UCS-4 Unicode 编码是第一位的，而 UTF-8/UTF-16 似乎可以解决 UCS-* 的一些问题。

UCS-2 表示每个字符使用 2 个字节而不是 1 个字节。这是一个固定长度的编码。如您所说，UCS-2 保存每个代码点的字节串。问题是有些字符的代码点需要超过 2 个字节来存储它。因此，UCS-2 只能处理 Unicode 的一个子集（当然范围是 U+0000 到 U+FFFF）。

UCS-4 对每个字符使用 4 个字节，显然它足以存储任何 Unicode 代码点的位串（Unicode 范围从 U+000000 到 U+10FFFF）。

UCS-4 的问题在于 2 字节范围之外的字符非常非常少见，使用 UCS-4 编码的任何文本都会浪费太多空间。因此，使用 UCS-2 是一种更好的方法，除非您需要 2 字节范围之外的字符。

但同样，英文文本、源代码文件等主要使用 ASCII 字符，UCS-2 也有同样的问题：为主要使用 ASCII 字符的文本浪费了太多空间（太多无用的零）。

这就是 UTF-8 的作用。 ASCII 范围内的字符按原样保存在 UTF-8 文本中。它只需要每个字符的代码点/ASCII 值的位串。因此，如果 UTF-8 编码的文本仅使用 ASCII 字符，则它与任何其他 Latin1 编码都无法区分。不支持 UTF-8 的客户端可以仅使用 ASCII 字符处理 UTF-8 文本，因为它们看起来相同。这是一种向后兼容的编码。

从那时起（ASCII 范围之外的 Unicode 字符），UTF-8 文本使用两个、三个或四个字节来保存代码点，具体取决于字符。

我不知道确切的方法，但是使用已知的位前缀将 bitstring 拆分为两个、三个或四个字节，以了解用于保存代码点的字节数。如果一个字节以 0 开头，则表示该字符是 ASCII 并且仅使用 1 个字节（ASCII 范围为 7 位长）。如果它以 1 开头，则根据接下来的位使用两个、三个或四个字节对字符进行编码。

UTF-8 的问题在于它需要太多的处理（它必须检查每个字符的第一位才能知道它的长度），特别是在文本不是英文的情况下。例如，用希腊语编写的文本将主要使用两个字节的字符。

UTF-16 使用两字节代码单元来解决非 ASCII 文本的问题。这意味着处理的原子是 16 位字。如果字符编码不适合两字节代码单元，则它使用 2 个代码单元（四个字节）对字符进行编码。这对两个代码单元称为代理对。我认为仅使用 2 字节范围内的字符的 UTF-16 文本等同于使用 UCS-2 的相同文本。

UTF-32 反过来使用 4 字节的代码单元，就像 UCS-4 一样。不过我不知道它们之间的区别。

【讨论】：

我相信您说过您对可变宽度编码的工作原理感到困惑。我发现 this 很有帮助。
UTF-8 最多需要 4 个字节来存储 21 位代码点，因为一个代码单元存储 6 位数据
UCS-4 最大的问题不是内存要求，而是主要平台标准化其 Unicode 实现时 Unicode 不需要那么多位。
UTF-8 优雅地解决的另一个问题是，您可以从每个单独的字节中分辨出它在多字节序列中的位置；使用传统的多字节编码，您可能会失控和/或必须扫描几个周围的字节以找出如何解释当前字节。

【解决方案2】：

填写你困惑的完整图片格式如下：

参考我从 cmets 学到的东西...

U+10000 是 Unicode code point（映射到字符的十六进制整数）。

Unicode 是代码点到字符的一对一映射。

从0xD800 到0xDFFF 的代码点范围保留给UTF-16¹ (Unicode vs UTF) 代理单元（见下文）。

\uD800\uDC00² 是两个这样的代理单元，称为 surrogate pair。（代理单元是代理对中的代码单元。）

抽象表示： 代码点（抽象字符）-->Code unit（抽象 UTF-16）--> 代码单元（UTF-16 编码字节）--> 解释 UTF-16

实际使用示例： 输入数据是字节，可以用第二种编码包装，如用于 HTML 实体的 ASCII 和 unicode 转义，或解析器处理的任何 --> 编码解释；通过方案-->字体字形-->屏幕上的字符映射到代码点

How surrogate pairs work

代理对优势：

只有高单位和低单位。一个高点必须跟着一个低点。没有令人困惑的高低单位。
UTF-16 可以将 2 个字节用于前 63487 个代码点，因为代理项不会被误认为代码点。
2048 个代码点的范围是 (2048/2)**2 以产生 1048576 个代码点的范围。
处理是在less frequently 使用的字符上完成的。

¹ UTF-16 是唯一一个使用代理对的 UTF。
² 这被格式化为 unicode escape sequence。

描述字符编码的图形：

继续阅读：

【讨论】：

请注意，代理对实际上不是两个字符，除非它被错误解码；正确解码后，它是 SMP 中的单个字符。