UTF-16编码原理讲解

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一、unicode

unicode是一个字符集，也称为unicode编码，为每一个字符分配了一个ID，这个ID称为码点

Unicode的编码空间从U+0000到U+10FFFF，共有1,112,064个码位（code point）可用来映射字符。Unicode的编码空间可以划分为17个平面（plane），每个平面包含216（65,536）个码位。17个平面的码位可表示为从U+xx0000到U+xxFFFF，共计17个平面。第一个平面称为基本多语言平面（Basic Multilingual Plane, BMP），或称第零平面（Plane 0），其他平面称为辅助平面（Supplementary Planes）。基本多语言平面内，从U+D800到U+DFFF之间的码位区段是永久保留不映射到Unicode字符。UTF-16就利用保留下来的0xD800-0xDFFF区段的码位来对辅助平面的字符的码位进行编码

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二、什么是UTF-16

UTF-16（16 bit Unicode Transformation Format）即16位的Unicode转换格式，以16位即双字节为编码单元
UTF-16的编码对象就是unicode

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三、编码规则

一个码元

我们常用到的字符都在unicode的第一个平面，也就是基本多语言平面（Basic Multilingual Plane, BMP），范围是0x0000-0xFFFF。

UTF-16以两个字节为一个编码单位，范围是 0x0000 - 0xFFFF。我们称为码元
当我们使用的字符unicode码点在 0x0000 - 0xFFFF的时候
utf-16的编码和unicode的编码是一一对应的
比如 “我”的码点是 6211， 在多语言平面内，所以UTF-16编码也是 6211

两个码元

码点范围 0x10000 - 0x10FFFF的字符已经无法使用1个编码单位来标识，所以此时需要两个码元
比如😂这个字符的码点为 U+1F602

将码点范围左移 0x10000，此时码点范围是 0x0 - 0xFFFFF, 为什么要移这一下子呢，因为0x10FFFF有21位，左移完只有20位，更好做拆分
将😂的码点同样进行左移

0x1F602 - 0x10000 = 0xf602
1

展开为20位，并分为两组，10位一组

0000111101 1000000010
1

将这组数据放入两个码元中（一个编码单位为两字节（16位）），其余补0

xxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxx	# 两个码元
xxxxxx0000111101 xxxxxx1000000010		# 填充
0000000000111101 0000001000000010		# 补0
0x3D 0x202
1
2
3
4

得到第一个码元或称作高位代理（high surrogate）
得到第二个码元或称作低位代理（low surrogate）
现在一个码元的范围是 0 - 0x3FF(10位bit最高可表示0x3FF)

在多语言平面中，从U+D800到U+DFFF之间的码位区段是永久保留不映射到Unicode字符，其大小为

0xDFFF - 0xD800 = 0x7FF
1

而一个码元的范围在 0x3FF, 所以将该码元移动到该区域

高位代理移动

0x3D + 0xD800 = 0xD83D
1

地位代理移动
高位代理占用了0x3FF的空间，所以地位代理要从 0xD800 + 0x3FF + 1 的地方开始移动

0xDC00 + 0x202 = 0xDE02
1

所以😂的最终编码就是 0xD8 0x3D 0xDE 0x02

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四、问题

大端序小端序？

这里以notepad++编辑器举例（其他编辑器也有可能有这个问题）

这里的Big Endian为大端序，另一个就是小端序了，如果你想看到正确的显示效果那么就选择大端序
，使用二进制编辑器打开时会发现文件开头有 FE FF，这是BOM,忽略即可，从后面开始看
详细可以参考： https://blog.csdn.net/qq_56313338/article/details/133788268

参考

• bilibili