big endian和little endian是CPU处理多字节数的不同方式。例如“汉”字的Unicode编码是6C49。那么写到文件里时，究竟是将6C写在前面，还是将49写在前 面？如果将6C写在前面，就是big endian。如果将49写在前面，就是little endian。

“endian”这个词出自《格列佛游记》。小人国的内战就源于吃鸡蛋时是究竟从大头(Big-Endian)敲开还是从小头(Little-Endian)敲开，由此曾发生过六次叛乱，一个皇帝送了命，另一个丢了王位。

一般将endian翻译成“字节序”，将big endian和little endian称作“大尾”和“小尾”。

1、字符编码、内码，顺带介绍汉字编码

字符必须编码后才能被计算机处理。计算机使用的缺省编码方式就是计算机的内码。早期的计算机使用7位的ASCII编码，为了处理汉字，程序员设计了用于简体中文的GB2312和用于繁体中文的big5。

GB2312(1980年)一共收录了7445个字符，包括6763个汉字和682个其它符号。汉字区的内码范围高字节从B0-F7，低字节从A1-FE，占用的码位是72*94=6768。其中有5个空位是D7FA-D7FE。

GB2312支持的汉字太少。1995年的汉字扩展规范GBK1.0收录了21886个符号，它分为汉字区和图形符号区。汉字区包括21003个字符。

从ASCII、GB2312到GBK，这些编码方法是向下兼容的，即同一个字符在这些方案中总是有相同的编码，后面的标准支持更多的字符。在这些编 码中，英文和中文可以统一地处理。区分中文编码的方法是高字节的最高位不为0。按照程序员的称呼，GB2312、GBK都属于双字节字符集 (DBCS)。

2000年的GB18030是取代GBK1.0的正式国家标准。该标准收录了27484个汉字，同时还收录了藏文、蒙文、维吾尔文等主要的少数民族文字。从汉字字汇上说，GB18030在GB13000.1的20902个汉字的基础上增加了CJK扩展A的6582个汉字（Unicode码 0x3400-0x4db5），一共收录了27484个汉字。

CJK就是中日韩的意思。Unicode为了节省码位，将中日韩三国语言中的文字统一编码。GB13000.1就是ISO/IEC 10646-1的中文版，相当于Unicode 1.1。

GB18030的编码采用单字节、双字节和4字节方案。其中单字节、双字节和GBK是完全兼容的。4字节编码的码位就是收录了CJK扩展A的6582个汉字。 例如：UCS的0x3400在GB18030中的编码应该是8139EF30，UCS的0x3401在GB18030中的编码应该是8139EF31。

微软提供了GB18030的升级包，但这个升级包只是提供了一套支持CJK扩展A的6582个汉字的新字体：新宋体-18030，并不改变内码。Windows 的内码仍然是GBK。

这里还有一些细节：

·         GB2312的原文还是区位码，从区位码到内码，需要在高字节和低字节上分别加上A0。

·         对 于任何字符编码，编码单元的顺序是由编码方案指定的，与endian无关。例如GBK的编码单元是字节，用两个字节表示一个汉字。 这两个字节的顺序是固定的，不受CPU字节序的影响。UTF-16的编码单元是word（双字节），word之间的顺序是编码方案指定的，word内部的 字节排列才会受到endian的影响。后面还会介绍UTF-16。

·         GB2312 的两个字节的最高位都是1。但符合这个条件的码位只有128*128=16384个。所以GBK和GB18030的低字节最高位都可能不是1。不过这不影 响DBCS字符流的解析：在读取DBCS字符流时，只要遇到高位为1的字节，就可以将下两个字节作为一个双字节编码，而不用管低字节的高位是什么。

2、Unicode、UCS和UTF

前面提到从ASCII、GB2312、GBK到GB18030的编码方法是向下兼容的。而Unicode只与ASCII兼容（更准确地说，是与ISO-8859-1兼容），与GB码不兼容。例如“汉”字的Unicode编码是6C49，而GB码是BABA。

Unicode也是一种字符编码方法，不过它是由国际组织设计，可以容纳全世界所有语言文字的编码方案。Unicode的学名是 "Universal Multiple-Octet Coded Character Set"，简称为UCS。UCS可以看作是"Unicode Character Set"的缩写。

根据维基百科全书(http://zh.wikipedia.org/wiki/)的记载：历史上存在两个试图独立设计Unicode的组织，即国 际标准化组织（ISO）和一个软件制造商的协会（unicode.org）。ISO开发了ISO 10646项目，Unicode协会开发了Unicode项目。

在1991年前后，双方都认识到世界不需要两个不兼容的字符集。于是它们开始合并双方的工作成果，并为创立一个单一编码表而协同工作。从Unicode2.0开始，Unicode项目采用了与ISO 10646-1相同的字库和字码。

目前两个项目仍都存在，并独立地公布各自的标准。Unicode协会现在的最新版本是2005年的Unicode 4.1.0。ISO的最新标准是ISO 10646-3:2003。

UCS只是规定如何编码，并没有规定如何传输、保存这个编码。例如“汉”字的UCS编码是6C49，我可以用4个ascii数字来传输、保存这个编 码；也可以用utf-8编码:3个连续的字节E6 B1 89来表示它。关键在于通信双方都要认可。UTF-8、UTF-7、UTF-16都是被广泛接受的方案。UTF-8的一个特别的好处是它与ISO- 8859-1完全兼容。UTF是“UCS Transformation Format”的缩写。

IETF的RFC2781和RFC3629以RFC的一贯风格，清晰、明快又不失严谨地描述了UTF-16和UTF-8的编码方法。我总是记不得 IETF是Internet Engineering Task Force的缩写。但IETF负责维护的RFC是Internet上一切规范的基础。

2.1 、内码和 code page

目前Windows的内核已经支持Unicode字符集，这样在内核上可以支持全世界所有的语言文字。但是由于现有的大量程序和文档都采用了某种特定语言的编码，例如GBK，Windows不可能不支持现有的编码，而全部改用Unicode。

Windows使用代码页(code page)来适应各个国家和地区。code page可以被理解为前面提到的内码。GBK对应的code page是CP936。

微软也为GB18030定义了code page：CP54936。但是由于GB18030有一部分4字节编码，而Windows的代码页只支持单字节和双字节编码，所以这个code page是无法真正使用的。

3、UCS-2、UCS-4、BMP

UCS有两种格式：UCS-2和UCS-4。顾名思义，UCS-2就是用两个字节编码，UCS-4就是用4个字节（实际上只用了31位，最高位必须为0）编码。下面让我们做一些简单的数学游戏：

UCS-2有2^16=65536个码位，UCS-4有2^31=2147483648个码位。

UCS-4根据最高位为0的最高字节分成2^7=128个group。每个group再根据次高字节分为256个plane。每个plane根据第 3个字节分为256行 (rows)，每行包含256个cells。当然同一行的cells只是最后一个字节不同，其余都相同。

group 0的plane 0被称作Basic Multilingual Plane, 即BMP。或者说UCS-4中，高两个字节为0的码位被称作BMP。

将UCS-4的BMP去掉前面的两个零字节就得到了UCS-2。在UCS-2的两个字节前加上两个零字节，就得到了UCS-4的BMP。而目前的UCS-4规范中还没有任何字符被分配在BMP之外。

4、UTF编码

UTF-8就是以8位为单元对UCS进行编码。从UCS-2到UTF-8的编码方式如下：

例如“汉”字的Unicode编码是6C49。6C49在0800-FFFF之间，所以肯定要用3字节模板了：1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx。将6C49写成二进制是：0110 110001 001001， 用这个比特流依次代替模板中的x，得到：11100110 10110001 10001001，即E6 B1 89。

可以用记事本测试一下编码是否正确。需要注意，UltraEdit在打开utf-8编码的文本文件时会自动转换为UTF-16，可能产生混淆。你可以在设置中关掉这个选项。更好的工具是Hex Workshop。

UTF-16以16位为单元对UCS进行编码。对于小于0x10000的UCS码，UTF-16编码就等于UCS码对应的16位无符号整数。对于不小于0x10000的UCS码，定义了一个算法。不过由于实际使用的UCS2，或者UCS4的BMP必然小于0x10000，所以就目前而言，可以认为 UTF-16和UCS-2基本相同。但UCS-2只是一个编码方案，UTF-16却要用于实际的传输，所以就不得不考虑字节序的问题。

5、UTF的字节序和BOM

UTF-8以字节为编码单元，没有字节序的问题。UTF-16以两个字节为编码单元，在解释一个UTF-16文本前，首先要弄清楚每个编码单元的字 节序。例如“奎”的Unicode编码是594E，“乙”的Unicode编码是4E59。如果我们收到UTF-16字节流“594E”，那么这是“奎” 还是“乙”？

Unicode规范中推荐的标记字节顺序的方法是BOM。BOM不是“Bill Of Material”的BOM表，而是Byte Order Mark。BOM是一个有点小聪明的想法：

在UCS编码中有一个叫做"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"的字符，它的编码是FEFF。而FFFE在UCS中是不存在的字符，所以不应该出现在实际传输中。UCS规范建议我们在传输字节流前，先传输 字符"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"。

这样如果接收者收到FEFF，就表明这个字节流是Big-Endian的；如果收到FFFE，就表明这个字节流是Little-Endian的。因此字符"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"又被称作BOM。

UTF-8不需要BOM来表明字节顺序，但可以用BOM来表明编码方式。字符"ZERO WIDTH NO-BREAK SPACE"的UTF-8编码是EF BB BF（读者可以用我们前面介绍的编码方法验证一下）。所以如果接收者收到以EF BB BF开头的字节流，就知道这是UTF-8编码了。

Windows就是使用BOM来标记文本文件的编码方式的。

附录1区位码、GB2312、内码和代码页

有的朋友对文章中这句话还有疑问：
“GB2312 的原文还是区位码，从区位码到内码，需要在高字节和低字节上分别加上A0。”

我再详细解释一下：

“GB2312的原文”是指国家1980年的一个标准《中华人民共和国国家标准 信息交换用汉字编码字符集 基本集 GB 2312-80》。这个标准用两个数来编码汉字和中文符号。第一个数称为“区”，第二个数称为“位”。所以也称为区位码。1-9区是中文符号，16-55 区是一级汉字，56-87区是二级汉字。现在Windows也还有区位输入法，例如输入1601得到“啊”。（这个区位输入法可以自动识别16进制的 GB2312和10进制的区位码，也就是说输入B0A1同样会得到“啊”。）

内码是指操作系统内部的字符编码。早期操作系统的内码是与语言相关的。现在的Windows在系统内部支持Unicode，然后用代码页适应各种语言，“内码”的概念就比较模糊了。微软一般将缺省代码页指定的编码说成是内码。

内码这个词汇，并没有什么官方的定义，代码页也只是微软这个公司的叫法。作为程序员，我们只要知道它们是什么东西，没有必要过多地考证这些名词。

所谓代码页(code page)就是针对一种语言文字的字符编码。例如GBK的code page是CP936，BIG5的code page是CP950，GB2312的code page是CP20936。

Windows中有缺省代码页的概念，即缺省用什么编码来解释字符。例如Windows的记事本打开了一个文本文件，里面的内容是字节流：BA、BA、D7、D6。Windows应该去怎么解释它呢？

是按照Unicode编码解释、还是按照GBK解释、还是按照BIG5解释，还是按照ISO8859-1去解释？如果按GBK去解释，就会得到“汉 字”两个字。按照其它编码解释，可能找不到对应的字符，也可能找到错误的字符。所谓“错误”是指与文本作者的本意不符，这时就产生了乱码。

答案是Windows按照当前的缺省代码页去解释文本文件里的字节流。缺省代码页可以通过控制面板的区域选项设置。记事本的另存为中有一项ANSI，其实就是按照缺省代码页的编码方法保存。

Windows的内码是Unicode，它在技术上可以同时支持多个代码页。只要文件能说明自己使用什么编码，用户又安装了对应的代码页，Windows就能正确显示，例如在HTML文件中就可以指定charset。

有的HTML文件作者，特别是英文作者，认为世界上所有人都使用英文，在文件中不指定charset。如果他使用了0x80-0xff之间的字符， 中文Windows又按照缺省的GBK去解释，就会出现乱码。这时只要在这个html文件中加上指定charset的语句，例如：
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=ISO8859-1">
如果原作者使用的代码页和ISO8859-1兼容，就不会出现乱码了。

再说区位码，啊的区位码是1601，写成16进制是0x10,0x01。这和计算机广泛使用的ASCII编码冲突。为了兼容00-7f的ASCII 编码，我们在区位码的高、低字节上分别加上A0。这样“啊”的编码就成为B0A1。我们将加过两个A0的编码也称为GB2312编码，虽然GB2312的 原文根本没提到这一点。

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编码方式

Unicode 的编码方式与 ISO 10646 的通用字符集（ Universal Character Set ， UCS ）概念相对应，目前实际应用的 Unicode 版本对应于 UCS-2 ，使用 16 位的编码空间。也就是每个字符占用 2 个字节。这样理论上一共最多可以表示 216 个字符。基本满足各种语言的使用。实际上目前版本的 Unicode 尚未填充满这 16 位编码，保留了大量空间作为特殊使用或将来扩展。

上述 16 位 Unicode 字符构成基本多文种平面（ Basic Multilingual Plane, 简称 BMP ）。最新（但未实际广泛使用）的 Unicode 版本定义了 16 个辅助平面，两者合起来至少需要占据 21 位的编码空间，比 3 字节略少。但事实上辅助平面字符仍然占用 4 字节编码空间，与 UCS-4 保持一致。未来版本会扩充到 ISO 10646-1 实现级别 3 ，即涵盖 UCS-4 的所有字符。 UCS-4 是一个更大的尚未填充完全的 31 位字符集，加上恒为 0 的首位，共需占据 32 位，即 4 字节。理论上最多能表示 231 个字符，完全可以涵盖一切语言所用的符号。

BMP 字符的 Unicode 编码表示为 U+hhhh ，其中每个 h 代表一个十六进制数位。与 UCS-2 编码完全相同。对应的 4 字节 UCS-4 编码后两个字节一致，前两个字节的所有位均为 0 。

实现方式

Unicode 的实现方式不同于编码方式。一个字符的 Unicode 编码是确定的。但是在实际传输过程中，由于不同系统平台的设计不一定一致，以及出于节省空间的目的，对 Unicode 编码的实现方式有所不同。 Unicode 的实现方式称为 Unicode 转换格式（ Unicode Translation Format ，简称为 UTF ）。

例如，如果一个仅包含基本 7 位 ASCII 字符的 Unicode 文件，如果每个字符都使用 2 字节的原 Unicode 编码传输，其第一字节的 8 位始终为 0 。这就造成了比较大的浪费。对于这种情况，可以使用 UTF-8 编码，这是一种变长编码，它将基本 7 位 ASCII 字符仍用 7 位编码表示，占用一个字节（首位补 0 ）。而遇到与其他 Unicode 字符混合的情况，将按一定算法转换，每个字符使用 1-3 个字节编码，并利用首位为 0 或 1 进行识别。这样对以 7 位 ASCII 字符为主的西文文档就大大节省了编码长度 。类似的，对未来会出现的需要 4 个字节的辅助平面字符和其他 UCS-4 扩充字符， 2 字节编码的 UTF-16 也需要通过一定的算法进行转换。

再如，如果直接使用与 Unicode 编码一致（仅限于 BMP 字符）的 UTF-16 编码，由于每个字符占用了两个字节，在 Macintosh 机和 PC 机上对字节顺序的理解是不一致的。这时同一字节流可能会被解释为不同内容，如编码为 U+594E 的字符“奎”同编码为 U+4E59 的“乙”就可能发生混淆。于是在 UTF-16 编码实现方式中使用了大尾序（ big-endian ）、小尾序（ little-endian ）的概念，以及 BOM （ Byte Order Mark ）解决方案。（具体方案参见 UTF-16 ）

此外 Unicode 的实现方式还包括 UTF-7 、 Punycode 、 CESU-8 、 SCSU 、 UTF-32 等，这些实现方式有些仅在一定的国家和地区使用，有些则属于未来的规划方式。目前通用的实现方式是 UTF-16 小尾序（ BOM ）、 UTF-16 大尾序（ BOM ）和 UTF-8 。在微软公司 Windows XP 操作系统附带的记事本中，“另存为”对话框可以选择的四种编码方式除去非 Unicode 编码的 ANSI 外，其余三种“ Unicode ”、“ Unicode big endian ”和“ UTF-8 ”即分别对应这三种实现方式。

目前辅助平面的工作主要集中在第二和第三平面的中日韩统一表意文字中，因此包括 GBK 、 GB18030 、 Big5 等简体中文、正体中文、日文、韩文以及越南字喃的各种编码与 Unicode 的协调性被重点关注。考虑到 Unicode 最终要涵盖所有的字符，从某种意义而言，这些编码方式也可视作 Unicode 的出现于其之前的既成事实的实现方式，如同 ASCII 及其扩展 Latin-1 一样，后两者的字符在 16 位 Unicode 编码空间中的编码第一字节各位全为 0 ，第二字节编码与原编码完全一致。但上述东亚语言编码与 Unicode 编码的对应关系要复杂得多。

非 Unicode 环境

在非 Unicode 环境下，由于不同国家和地区采用的字符集不一致，很可能出现无法正常显示所有字符的情况。微软公司使用了代码页（ Codepage ）转换表的技术来过渡性的部分解决这一问题，即通过指定的转换表将非 Unicode 的字符编码转换为同一字符对应的系统内部使用的 Unicode 编码。可以在“语言与区域设置”中选择一个代码页作为非 Unicode 编码所采用的默认编码方式，如 936 为简体中文 GBK ， 950 为正体中文 Big5 （皆指 PC 上使用的）。在这种情况下，一些非英语的欧洲语言编写的软件和文档很可能出现乱码。而将代码页设置为相应语言中文处理又会出现问题，这一情况无法避免。从根本上说，完全采用统一编码才是解决之道，但目前尚无法做到这一点。

代码页技术现在广泛为各种平台所采用。 UTF-7 的代码页是 65000 ， UTF-8 的代码页是 65001 。

XML 和 Unicode

XML 及其子集 HTML 采用 UTF-8 作为标准字集，理论上我们可以在各种支持 XML 标准的浏览器上显示任何地区文字的网页，只要电脑本身安装有合适的字体即可。可以利用 &#nnn; 的格式显示特定的字符。 nnn 代表该字符的十进制 Unicode 代码。如果采用十六进制代码，在编码之前加上 x 字符即可。但部分旧版本的浏览器可能无法识别十六进制代码。

然而部分由于 Unicode 版本发展原因，很多浏览器只能显示 UCS-2 完整字符集也即现在使用的 Unicode 版本中的一个小子集。下表可以检验您的浏览器怎样显示各种各样的 Unicode 代码：

输入 Unicode

除了输入法外，操作系统会提供几种方法输入 Unicode 。像是 Windows 2000 之后的 Windows 系统就提供一个可点击的表。例如在 Microsoft Word 之下，按下 Alt 键不放，输入 0 和某个字符的 Unicode 编码（十进制），再松开 Alt 键即可得到该字符，如 Alt + 033865 会得到 Unicode 字符叶。另外按 Alt + X 组合键， MS Word 也会将光标前面的字符同其十六进制的四位 Unicode 编码进行互相转换。