Кодировка utf 32 как решать

В кодировке UTF-32 каждый символ кодируется 32 битами.

В кодировке UTF-32 каждый символ кодируется 32 битами. Саша написал текст (в нём нет лишних пробелов):

«Мята, тыква, фасоль, артишок, патиссон, лагенария — овощи».

Ученик вычеркнул из списка название одного из овощей. Заодно он вычеркнул ставшие лишними запятые и пробелы — два пробела не должны идти подряд. При этом размер нового предложения в данной кодировке оказался на 28 байтов меньше, чем размер исходного предложения. Напишите в ответе вычеркнутое название овоща.

Решение:

Найдем, сколько символов вычеркнул Саша – 28 байт надо разделить на вес одного символа 32 бита, но перед делением надо привести все величины к одной единице измерения – проще к байтам.

32 бита = 4 байта, значит в одном байте 8 бит, значит в 32 битах 4 байта так как 32 / 8 = 4

Теперь можно делить 28 байт на 4 байта = 7 символов. Получается, что Саша вычеркнул из сообщения 7 символов. Из 7 вычеркнутых символов один символ был лишней запятой, и еще один лишний пробел.

Значит, символов в вычеркнутом слове будет 7 — 2 = 5.
Ищем в вариантах ответа слово из 5 букв.
Это слово тыква.

Ответ: тыква.

Помогите решить задачу по информатике

2. В кодировке UTF-32 каждый символ кодируется 32 битами. Миша написал текст (в нём нет лишних пробелов): «Айва, Алыча, Генипа, Гуарана, Курбарил, Мангостан — фрукты». Ученик вычеркнул из списка название одного из фруктов. Заодно он вычеркнул ставшие лишними запятые и пробелы — два пробела не должны идти подряд.
При этом размер нового предложения в данной кодировке оказался на 36 байтов меньше, чем размер исходного предложения. Напишите в ответе вычеркнутое название фрукта.

Лучший ответ

А в чем сложность то? 32бита = 4байта на символ. 36 байт- 9 символов, из них 2 пунктуация- запятая и пробел. Таким образом, искомое слово состоит из 7 символов., такое только одно.

WolfМастер (1029) 3 года назад

Скажу честно, мне ответ понравился, ведь люди даже не могут показать такой нестандартности ответа. У самого есть некоторое недопонимание связанное с некорректностью заданий и самих ответов к ним.

Представление символов, таблицы кодировок

В вычислительных машинах символы не могут храниться иначе, как в виде последовательностей бит (как и числа). Для передачи символа и его корректного отображения ему должна соответствовать уникальная последовательность нулей и единиц. Для этого были разработаны таблицы кодировок.

Количество символов, которые можно задать последовательностью бит длины [math]n[/math] , задается простой формулой [math]C(n) = 2^n[/math] . Таким образом, от нужного количества символов напрямую зависит количество используемой памяти.

Таблицы кодировок

На заре компьютерной эры на каждый символ было отведено по пять бит. Это было связано с малым количеством оперативной памяти на компьютерах тех лет. В эти [math]32[/math] символа входили только управляющие символы и строчные буквы английского алфавита.

С ростом производительности компьютеров стали появляться таблицы кодировок с большим количеством символов. Первой семибитной кодировкой стала ASCII7. В нее уже вошли прописные буквы английского алфавита, арабские цифры, знаки препинания. Затем на ее базе была разработана ASCII8, в которым уже стало возможным хранение [math]256[/math] символов: [math]128[/math] основных и еще столько же расширенных. Первая часть таблицы осталась без изменений, а вторая может иметь различные варианты (каждый имеет свой номер). Эта часть таблицы стала заполняться символами национальных алфавитов.

Но для многих языков (например, арабского, японского, китайского) [math]256[/math] символов недостаточно, поэтому развитие кодировок продолжалось, что привело к появлению UNICODE.

Кодировки стандарта ASCII

Определение:

ASCII — таблицы кодировок, в которых содержатся основные символы (английский алфавит, цифры, знаки препинания, символы национальных алфавитов(свои для каждого региона), служебные символы) и длина кода каждого символа [math]n = 8[/math] бит.

• ASCII7 — первая кодировка, пригодная для работы с текстом. Помимо маленьких букв английского алфавита и служебных символов, содержит большие буквы английского языка, цифры, знаки препинания и другие символы.

Кодировки стандарта ASCII ( [math]8[/math] бит):

• ASCII — первая кодировка, в которой стало возможно использовать символы национальных алфавитов.
• КОИ8-R — первая русская кодировка. Символы кириллицы расположены не в алфавитном порядке. Их разместили в верхнюю половину таблицы так, чтобы позиции кириллических символов соответствовали их фонетическим аналогам в английском алфавите. Это значит, что даже при потере старшего бита каждого символа, например, при проходе через устаревший семибитный модем, текст остается «читаемым».
• CP866 — русская кодировка, использовавшаяся на компьютерах IBM в системе DOS.
• Windows-1251 — русская кодировка, использовавшаяся в русскоязычных версиях операционной системы Windows в начале 90-х годов. Кириллические символы идут в алфавитном порядке. Содержит все символы, встречающиеся в типографике обычного текста (кроме знака ударения).

Структурные свойства таблицы

Кодировки стандарта UNICODE

Юникод или Уникод (англ. Unicode) — это промышленный стандарт обеспечивающий цифровое представление символов всех письменностей мира, и специальных символов.

Стандарт предложен в 1991 году некоммерческой организацией «Консорциум Юникода» (англ. Unicode Consortium, Unicode Inc.). Применение этого стандарта позволяет закодировать очень большое число символов из разных письменностей. Стандарт состоит из двух основных разделов: универсальный набор символов (англ. UCS, universal character set) и семейство кодировок (англ. UTF, Unicode transformation format). Универсальный набор символов задаёт однозначное соответствие символов кодам — элементам кодового пространства, представляющим неотрицательные целые числа.Семейство кодировок определяет машинное представление последовательности кодов UCS.

Коды в стандарте Unicode разделены на несколько областей. Область с кодами от U+0000 до U+007F содержит символы набора ASCII с соответствующими кодами. Далее расположены области знаков различных письменностей, знаки пунктуации и технические символы. Под символы кириллицы выделены области знаков с кодами от U+0400 до U+052F, от U+2DE0 до U+2DFF, от U+A640 до U+A69F. Часть кодов зарезервирована для использования в будущем.

Кодовое пространство

Хотя формы записи UTF-8 и UTF-32 позволяют кодировать до [math]2^[/math] [math](2\ 147\ 483\ 648)[/math] кодовых позиций, было принято решение использовать лишь [math]1\ 112\ 064[/math] для совместимости с UTF-16. Впрочем, даже и этого на текущий момент более чем достаточно — в версии 6.0 используется чуть менее [math]110\ 000[/math] кодовых позиций ( [math]109\ 242[/math] графических и [math]273[/math] прочих символов).

Кодовое пространство разбито на [math]17[/math] плоскостей (англ. planes) по [math]2^[/math] [math](65\ 536)[/math] символов. Нулевая плоскость называется базовой, в ней расположены символы наиболее употребительных письменностей. Первая плоскость используется, в основном, для исторических письменностей, вторая — для для редко используемых иероглифов китайского письма, третья зарезервирована для архаичных китайских иероглифов. Плоскости [math]15[/math] и [math]16[/math] выделены для частного употребления.

Для обозначения символов Unicode используется запись вида «U+xxxx» (для кодов [math]0000_..FFFF_[/math] ) или «U+xxxxx» (для кодов [math]10000_..FFFFF_[/math] ) или «U+xxxxxx» (для кодов [math]100000_..10FFFF_[/math] ), где xxx — шестнадцатеричные цифры. Например, символ «я» (U+044F) имеет код [math]044F_ = 1103_[/math] .

Плоскости Юникода
Плоскость	Название	Диапазон символов
Plane 0	Basic multilingual plane (BMP)	U+0000…U+​FFFF
Plane 1	Supplementary multilingual plane (SMP)	U+10000…U+​1FFFF
Plane 2	Supplementary ideographic plane (SIP)	U+20000…U+​2FFFF
Planes 3-13	Unassigned	U+30000…U+​DFFFF
Plane 14	Supplement­ary special-purpose plane (SSP)	U+E0000…U+​EFFFF
Planes 15-16	Supplement­ary private use area (S PUA A/B)	U+F0000…U+​10FFFF

Модифицирующие символы

Графические символы в Юникоде делятся на протяжённые и непротяжённые. Непротяжённые символы при отображении не занимают дополнительного места в строке. К примеру, к ним относятся знак ударения. Протяжённые и непротяжённые символы имеют собственные коды, но последние не могут встречаться самостоятельно. Протяжённые символы называются базовыми (англ. base characters), а непротяженные — модифицирующими (англ. combining characters). Например символ «Й» (U+0419) может быть представлен в виде базового символа «И» (U+0418) и модифицирующего символа « ̆» (U+0306).

Способы представления

Юникод имеет несколько форм представления (англ. Unicode Transformation Format, UTF): UTF-8, UTF-16 (UTF-16BE, UTF-16LE) и UTF-32 (UTF-32BE, UTF-32LE). Была разработана также форма представления UTF-7 для передачи по семибитным каналам, но из-за несовместимости с ASCII она не получила распространения и не включена в стандарт.

UTF-8

UTF-8 — представление Юникода, обеспечивающее наилучшую совместимость со старыми системами, использовавшими [math]8[/math] -битные символы. Текст, состоящий только из символов с номером меньше [math]128[/math] , при записи в UTF-8 превращается в обычный текст ASCII. И наоборот, в тексте UTF-8 любой байт со значением меньше [math]128[/math] изображает символ ASCII с тем же кодом. Остальные символы Юникода изображаются последовательностями длиной от двух до шести байт (на деле, только до четырех байт, поскольку в Юникоде нет символов с кодом больше [math]10FFFF_[/math] , и вводить их в будущем не планируется), в которых первый байт всегда имеет вид [math]11xxxxxx[/math] , а остальные — [math]10xxxxxx[/math] .

Символы UTF-8 получаются из Unicode cледующим образом:

Unicode	UTF-8	Представленные символы
0x00000000 — 0x0000007F	0xxxxxxx	ASCII, в том числе английский алфавит, простейшие знаки препинания и арабские цифры
0x00000080 — 0x000007FF	110xxxxx 10xxxxxx	кириллица, расширенная латиница, арабский алфавит, армянский алфавит, греческий алфавит, еврейский алфавит и коптский алфавит; сирийское письмо, тана, нко; Международный фонетический алфавит; некоторые знаки препинания
0x00000800 — 0x0000FFFF	1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx	все другие современные формы письменности, в том числе грузинский алфавит, индийское, китайское, корейское и японское письмо; сложные знаки препинания; математические и другие специальные символы
0x00010000 — 0x001FFFFF	11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx	музыкальные символы, редкие китайские иероглифы, вымершие формы письменности
111111xx	служебные символы c, d, e, f

Несмотря на то, что UTF-8 позволяет указать один и тот же символ несколькими способами, только наиболее короткий из них правильный. Остальные формы, называемые overlong sequence, отвергаются по соображениям безопасности.

Принцип кодирования

Правила записи кода одного символа в UTF-8

1. Если размер символа в кодировке UTF-8 = [math]1[/math] байт

Код имеет вид (0aaa aaaa), где «0» — просто ноль, остальные биты «a» — это код символа в кодировке ASCII;

2. Если размер символа в кодировке в UTF-8 [math]\gt 1[/math] байт (то есть от [math]2[/math] до [math]6[/math] ):

2.1 Первый байт содержит количество байт символа, закодированное в единичной системе счисления;

2 — 11 3 — 111 4 — 1111 5 — 1111 1 6 — 1111 11

2.2 «0» — бит терминатор, означающий завершение кода размера 2.3 далее идут значащие байты кода, которые имеют вид (10xx xxxx), где «10» — биты признака продолжения, а «x» — значащие биты.

В общем случае варианты представления одного символа в кодировке UTF-8 выглядят так:

(1 байт) 0aaa aaaa (2 байта) 110x xxxx 10xx xxxx (3 байта) 1110 xxxx 10xx xxxx 10xx xxxx (4 байта) 1111 0xxx 10xx xxxx 10xx xxxx 10xx xxxx (5 байт) 1111 10xx 10xx xxxx 10xx xxxx 10xx xxxx 10xx xxxx (6 байт) 1111 110x 10xx xxxx 10xx xxxx 10xx xxxx 10xx xxxx 10xx xxxx

Определение длины кода в UTF-8

Количество байт UTF-8	Количество значащих бит
[math]1[/math]	[math]7[/math]
[math]2[/math]	[math]11[/math]
[math]3[/math]	[math]16[/math]
[math]4[/math]	[math]21[/math]
[math]5[/math]	[math]26[/math]
[math]6[/math]	[math]31[/math]

В общем случае количество значащих бит [math]C[/math] , кодируемых [math]n[/math] байтами UTF-8, определяется по формуле:

[math]C = 7[/math] при [math]n=1[/math]

[math]C = n\cdot5+1[/math] при [math]n\gt 1[/math]

UTF-16

UTF-16 — один из способов кодирования символов (англ. code point) из Unicode в виде последовательности [math]16[/math] -битных слов (англ. code unit). Данная кодировка позволяет записывать символы Юникода в диапазонах U+0000..U+D7FF и U+E000..U+10FFFF (общим количеством [math]1\ 112\ 064[/math] ), причем [math]2[/math] -байтные символы представляются как есть, а более длинные — с помощью суррогатных пар (англ. surrogate pair), для которых и вырезан диапазон [math]D800_..DFFF_[/math] .

В UTF-16 символы кодируются двухбайтовыми словами с использованием всех возможных диапазонов значений (от [math]0000_[/math] до [math]FFFF_[/math] ). При этом можно кодировать символы Unicode в диапазонах [math]0000_..D7FF_[/math] и [math]E000_..10FFFF_[/math] . Исключенный отсюда диапазон [math]D800_..DFFF_[/math] используется как раз для кодирования так называемых суррогатных пар — символов, которые кодируются двумя [math]16[/math] -битными словами. Символы Unicode до [math]FFFF_[/math] включительно (исключая диапазон для суррогатов) записываются как есть [math]16[/math] -битным словом. Символы же в диапазоне [math]10000_..10FFFF_[/math] (больше [math]16[/math] бит) уже кодируются парой [math]16[/math] -битных слов. Для этого их код арифметически сдвигается до нуля (из него вычитается минимальное число [math]10000_[/math] ). В результате получится значение от нуля до [math]FFFFF_[/math] , которое занимает до [math]20[/math] бит. Старшие [math]10[/math] бит этого значения идут в лидирующее (первое) слово, а младшие [math]10[/math] бит — в последующее (второе). При этом в обоих словах старшие [math]6[/math] бит используются для обозначения суррогата. Биты с [math]11[/math] по [math]15[/math] имеют значения [math]11011_2[/math] , а [math]10[/math] -й бит содержит [math]0[/math] у лидирующего слова и [math]1[/math] — у последующего. В связи с этим можно легко определить к чему относится каждое слово.

UTF-16LE и UTF-16BE

Один символ кодировки UTF-16 представлен последовательностью двух байт или двух пар байт. Который из двух байт в словах идёт впереди, старший или младший, зависит от порядка байт. Подробнее об этом будет сказано ниже.

UTF-32

UTF-32 — один из способов кодирования символов из Юникод, использующий для кодирования любого символа ровно [math]32[/math] бита. Остальные кодировки, UTF-8 и UTF-16, используют для представления символов переменное число байт. Символ UTF-32 является прямым представлением его кодовой позиции (англ. code point).

Главное преимущество UTF-32 перед кодировками переменной длины заключается в том, что символы Юникод непосредственно индексируемы. Получение [math]n[/math] -ой кодовой позиции является операцией, занимающей одинаковое время. Напротив, коды с переменной длиной требует последовательного доступа к [math]n[/math] -ой кодовой позиции. Это делает замену символов в строках UTF-32 простой, для этого используется целое число в качестве индекса, как обычно делается для строк ASCII.

Главный недостаток UTF-32 — это неэффективное использование пространства, так как для хранения символа используется четыре байта. Символы, лежащие за пределами нулевой (базовой) плоскости кодового пространства редко используются в большинстве текстов. Поэтому удвоение, в сравнении с UTF-16, занимаемого строками в UTF-32 пространства не оправдано.

Хотя использование неменяющегося числа байт на символ удобно, но не настолько, как кажется. Операция усечения строк реализуется легче в сравнении с UTF-8 и UTF-16. Но это не делает более быстрым нахождение конкретного смещения в строке, так как смещение может вычисляться и для кодировок фиксированного размера. Это не облегчает вычисление отображаемой ширины строки, за исключением ограниченного числа случаев, так как даже символ «фиксированной ширины» может быть получен комбинированием обычного символа с модифицирующим, который не имеет ширины. Например, буква «й» может быть получена из буквы «и» и диакритического знака «крючок над буквой». Сочетание таких знаков означает, что текстовые редакторы не могут рассматривать [math]32[/math] -битный код как единицу редактирования. Редакторы, которые ограничиваются работой с языками с письмом слева направо и составными символами (англ. Precomposed character), могут использовать символы фиксированного размера. Но такие редакторы вряд ли поддержат символы, лежащие за пределами нулевой (базовой) плоскости кодового пространства и вряд ли смогут работать одинаково хорошо с символами UTF-16.

Порядок байт

В современной вычислительной технике и цифровых системах связи информация обычно представлена в виде последовательности байт. В том случае, если число не может быть представлено одним байтом, имеет значение в каком порядке байты записываются в памяти компьютера или передаются по линиям связи. Часто выбор порядка записи байт произволен и определяется только соглашениями.

В общем случае, для представления числа [math]M[/math] , большего [math]255[/math] (здесь [math]255=2^8-1[/math] — максимальное целое число, записываемое одним байтом), приходится использовать несколько байт. При этом число [math]M[/math] записывается в позиционной системе счисления по основанию [math]256[/math] :

[math]M = \sum_^A_i\cdot 256^i=A_0\cdot 256^0+A_1\cdot 256^1+A_2\cdot 256^2+\dots+A_n\cdot 256^n.[/math]

Набор целых чисел [math]A_0,\dots,A_n[/math] , каждое из которых лежит в интервале от [math]0[/math] до [math]255[/math] , является последовательностью байт, составляющих [math]M[/math] . При этом [math]A_0[/math] называется младшим байтом, а [math]A_n[/math] — старшим байтом числа [math]M[/math] .

Варианты записи

Порядок от старшего к младшему

Порядок от старшего к младшему (англ. big-endian): [math]A_n,\dots,A_0[/math] , запись начинается со старшего и заканчивается младшим. Этот порядок является стандартным для протоколов TCP/IP, он используется в заголовках пакетов данных и во многих протоколах более высокого уровня, разработанных для использования поверх TCP/IP. Поэтому, порядок байт от старшего к младшему часто называют сетевым порядком байт (англ. network byte order). Этот порядок байт используется процессорами IBM 360/370/390, Motorola 68000, SPARC (отсюда третье название — порядок байт Motorola, Motorola byte order).

В этом же виде (используя представление в десятичной системе счисления) записываются числа индийско-арабскими цифрами в письменностях с порядком знаков слева направо (латиница, кириллица). Для письменностей с обратным порядком (арабская) та же запись числа воспринимается как «от младшего к старшему».

Порядок байт от старшего к младшему применяется во многих форматах файлов — например, PNG, FLV, EBML.

Порядок от младшего к старшему

Порядок от младшего к старшему (англ. little-endian): [math]A_0,\dots,A_n[/math] , запись начинается с младшего и заканчивается старшим. Этот порядок записи принят в памяти персональных компьютеров с x86-процессорами, в связи с чем иногда его называют интеловский порядок байт (по названию фирмы-создателя архитектуры x86).

В противоположность порядку big-endian, соглашение little-endian поддерживают меньше кросс-платформенных протоколов и форматов данных; существенные исключения: USB, конфигурация PCI, таблица разделов GUID, рекомендации FidoNet.

Переключаемый порядок

Многие процессоры могут работать и в порядке от младшего к старшему, и в обратном, например, ARM, PowerPC (но не PowerPC 970), DEC Alpha, MIPS, PA-RISC и IA-64. Обычно порядок байт выбирается программно во время инициализации операционной системы, но может быть выбран и аппаратно перемычками на материнской плате. В этом случае правильнее говорить о порядке байт операционной системы. Переключаемый порядок байт иногда называют англ. bi-endian.

Смешанный порядок

Смешанный порядок байт (англ. middle-endian) иногда используется при работе с числами, длина которых превышает машинное слово. Число представляется последовательностью машинных слов, которые записываются в формате, естественном для данной архитектуры, но сами слова следуют в обратном порядке.

Классический пример middle-endian — представление [math]4[/math] -байтных целых чисел на [math]16[/math] -битных процессорах семейства PDP-11 (известен как PDP-endian). Для представления двухбайтных значений (слов) использовался порядок little-endian, но [math]4[/math] -хбайтное двойное слово записывалось от старшего слова к младшему.

В процессорах VAX и ARM используется смешанное представление для длинных вещественных чисел.

Различия

Существенным достоинством little-endian по сравнению с big-endian порядком записи считается возможность «неявной типизации» целых чисел при чтении меньшего объёма байт (при условии, что читаемое число помещается в диапазон). Так, если в ячейке памяти содержится число [math]00000022_[/math] , то прочитав его как int16 (два байта) мы получим число [math]0022_[/math] , прочитав один байт — число [math]22_[/math] . Однако, это же может считаться и недостатком, потому что провоцирует ошибки потери данных.

Обратно, считается что у little-endian, по сравнению с big-endian есть «неочевидность» значения байт памяти при отладке (последовательность байт (A1, B2, C3, D4) на самом деле значит [math]D4C3B2A1_[/math] , для big-endian эта последовательность (A1, B2, C3, D4) читалась бы «естественным» для арабской записи чисел образом: [math]A1B2C3D4_[/math] ). Наименее удобным в работе считается middle-endian формат записи; он сохранился только на старых платформах.

Для записи длинных чисел (чисел, длина которых существенно превышает разрядность машины) обычно предпочтительнее порядок слов в числе little-endian (поскольку арифметические операции над длинными числами производятся от младших разрядов к старшим). Порядок байт в слове — обычный для данной архитектуры.

Маркер последовательности байт

Для определения формата представления Юникода в начало текстового файла записывается сигнатура — символ U+FEFF (неразрывный пробел с нулевой шириной), также именуемый маркером последовательности байт (англ. byte order mark (BOM)). Это позволяет различать UTF-16LE и UTF-16BE, поскольку символа U+FFFE не существует.

Представление BOM в кодировках

Кодирование	Представление (Шестнадцатеричное)
UTF-8	EF BB BF
UTF-16 (BE)	FE FF
UTF-16 (LE)	FF FE
UTF-32 (BE)	00 00 FE FF
UTF-32 (LE)	FF FE 00 00

В кодировке UTF-8, наличие BOM не является существенным, поскольку, нет альтернативной последовательности байт. Когда BOM используется на страницах или редакторах для контента закодированного в UTF-8, иногда он может представить пробелы или короткие последовательности символов, имеющие странный вид (такие как ). Именно поэтому, при наличии выбора, для совместимости, как правило, лучше упустить BOM в UTF-8 контенте.Однако BOM могут еще встречаться в тексте закодированном в UTF-8, как побочный продукт перекодирования или потому, что он был добавлен редактором. В этом случае BOM часто называют подписью UTF-8.

Когда символ закодирован в UTF-16, его [math]2[/math] или [math]4[/math] байта можно упорядочить двумя разными способами (little-endian или big-endian). Изображение справа показывает это. Byte order mark указывает, какой порядок используется, так что приложения могут немедленно расшифровать контент. UTF-16 контент должен всегда начинатся с BOM.

BOM также используется для текста обозначенного как UTF-32. Аналогично UTF-16 существует два варианта четырёхбайтной кодировки — UTF-32BE и UTF-32LE. К сожалению, этот способ не позволяет надёжно различать UTF-16LE и UTF-32LE, поскольку символ U+0000 допускается Юникодом

Проблемы Юникода

В Юникоде английское «a» и польское «a» — один и тот же символ. Точно так же одним символом (но отличающимся от «a» латинского) считаются русское «а» и сербское «а». Такой принцип кодирования не универсален; по-видимому, решения «на все случаи жизни» вообще не может существовать.

Примеры

Если записать строку ‘hello мир’ в файл exampleBOM, а затем сделать его hex-дамп, то можно убедиться в том, что разные символы кодируются разным количеством байт. Например, английские буквы,пробел, знаки препинания и пр. кодируются одним байтом, а русские буквы — двумя

Код на python

#!/usr/bin/env python #coding:utf-8 import codecs f = open('exampleBOM','w') b = u'hello мир' f.write(codecs.BOM_UTF8) f.write(b.encode('utf-8')) f.close()

hex-дамп файла exampleBOM

Символ	BOM			h	e	l	l	o	Пробел	м		и		р
Код в UNICODE	EF	BB	BF	68	65	6C	6C	6F	20	D0	BC	D0	B8	D1	80
Код в UTF-8	11101111	10111011	10111111	01101000	01100101	01101100	01101100	01101111	00100000	11010000	10111100	11010000	10111000	11010001	10000000

См. также

• Представление целых чисел: прямой код, код со сдвигом, дополнительный код
• Представление вещественных чисел

Источники информации

• Wikipedia — таблица ASCII
• Wikipedia — стандарт UNICODE
• Wikipedia — Byte order mark
• Wikipedia — Порядок байтов
• Wikipedia — Юникод
• Wikipedia — Windows-1251
• Wikipedia — UTF-8
• Wikipedia — UTF-16
• Wikipedia — UTF-32

Кодировка текста ASCII (Windows 1251, CP866, KOI8-R) и Юникод (UTF 8, 16, 32) — как исправить проблему с кракозябрами

Сегодня мы поговорим о том, откуда берутся кракозябры на сайте и в программах, какие кодировки текста существуют и какие из них следует использовать. Подробно рассмотрим историю их развития, начиная с базовой ASCII, а также ее расширенных версий CP866, KOI8-R, Windows 1251 и заканчивая современными кодировками консорциума Юникод UTF 16 и 8. Оглавление:

• ASCII — базовая кодировка текста для латиницы
• Расширенные версии Аски — кодировки CP866 и KOI8-R
• Windows 1251 — вариация ASCII и почему вылезают кракозябры
• Юникод (Unicode) — универсальные кодировки UTF 8, 16 и 32
• Кракозябры вместо русских букв — как исправить

Кому-то эти сведения могут показаться излишними, но знали бы вы, сколько мне приходит вопросов именно касаемо вылезших кракозябров (нечитаемого набора символов). Теперь у меня будет возможность отсылать всех к тексту этой статьи и самостоятельно отыскивать свои косяки. Ну что же, приготовьтесь впитывать информацию и постарайтесь следить за ходом повествования.

ASCII — базовая кодировка текста для латиницы

Развитие кодировок текстов происходило одновременно с формированием отрасли IT, и они за это время успели претерпеть достаточно много изменений. Исторически все начиналось с довольно-таки неблагозвучной в русском произношении EBCDIC, которая позволяла кодировать буквы латинского алфавита, арабские цифры и знаки пунктуации с управляющими символами. Но все же отправной точкой для развития современных кодировок текстов стоит считать знаменитую ASCII (American Standard Code for Information Interchange, которая по-русски обычно произносится как «аски»). Она описывает первые 128 символов из наиболее часто используемых англоязычными пользователями — латинские буквы, арабские цифры и знаки препинания. Еще в эти 128 знаков, описанных в ASCII, попадали некоторые служебные символы вроде скобок, решеток, звездочек и т.п. Собственно, вы сами можете увидеть их: Именно эти 128 символов из первоначального варианта ASCII стали стандартом, и в любой другой кодировке вы их обязательно встретите и стоять они будут именно в таком порядке. Но дело в том, что с помощью одного байта информации можно закодировать не 128, а целых 256 различных значений (двойка в степени восемь равняется 256), поэтому вслед за базовой версией Аски появился целый ряд расширенных кодировок ASCII, в которых можно было кроме 128 основных знаков закодировать еще и символы национальной кодировки (например, русской). Тут, наверное, стоит еще немного сказать о системах счисления, которые используются при описании. Во-первых, как вы все знаете, компьютер работает только с числами в двоичной системе, а именно с нулями и единицами («булева алгебра», если кто проходил в институте или в школе). Один байт состоит из восьми бит, каждый из которых представляет собой двойку в степени, начиная с нулевой, и до двойки в седьмой: Не трудно понять, что всех возможных комбинаций нулей и единиц в такой конструкции может быть только 256. Переводить число из двоичной системы в десятичную довольно просто. Нужно просто сложить все степени двойки, над которыми стоят единички. В нашем примере это получается 1 (2 в степени ноль) плюс 8 (два в степени 3), плюс 32 (двойка в пятой степени), плюс 64 (в шестой), плюс 128 (в седьмой). Итого получается 233 в десятичной системе счисления. Как видите, все очень просто. Но если вы присмотритесь к таблице с символами ASCII, то увидите, что они представлены в шестнадцатеричной кодировке. Например, «звездочка» соответствует в Аски шестнадцатеричному числу 2A. Наверное, вам известно, что в шестнадцатеричной системе счисления используются кроме арабских цифр еще и латинские буквы от A (означает десять) до F (означает пятнадцать). Ну так вот, для перевода двоичного числа в шестнадцатеричное прибегают к следующему простому способу. Каждый байт информации разбивают на две части по четыре бита. Т.е. в каждой половинке байта двоичным кодом можно закодировать только шестнадцать значений (два в четвертой степени), что можно легко представить шестнадцатеричным числом. Причем в левой половине байта считать степени нужно будет опять начиная с нулевой, а не так, как показано на скриншоте. В результате мы получим, что на скриншоте закодировано число E9. Надеюсь, что ход моих рассуждений и разгадка данного ребуса вам оказались понятны. Ну, а теперь продолжим, собственно, говорить про кодировки текста.

Расширенные версии Аски — кодировки CP866 и KOI8-R с псевдографикой

Итак, мы с вами начали говорить про ASCII, которая являлась как бы отправной точкой для развития всех современных кодировок (Windows 1251, юникод, UTF 8). Изначально в нее было заложено только 128 знаков латинского алфавита, арабских цифр и еще чего-то там, но в расширенной версии появилась возможность использовать все 256 значений, которые можно закодировать в одном байте информации. Т.е. появилась возможность добавить в Аски символы букв своего языка. Тут нужно будет еще раз отвлечься, чтобы пояснить — зачем вообще нужны кодировки текстов и почему это так важно. Символы на экране вашего компьютера формируются на основе двух вещей — наборов векторных форм (представлений) всевозможных знаков (они находятся в файлах со шрифтами, которые установлены на вашем компьютере) и кода, который позволяет выдернуть из этого набора векторных форм (файла шрифта) именно тот символ, который нужно будет вставить в нужное место. Понятно, что за сами векторные формы отвечают шрифты, а вот за кодирование отвечает операционная система и используемые в ней программы. Т.е. любой текст на вашем компьютере будет представлять собой набор байтов, в каждом из которых закодирован один единственный символ этого самого текста. Программа, отображающая этот текст на экране (текстовый редактор, браузер и т.п.), при разборе кода считывает кодировку очередного знака и ищет соответствующую ему векторную форму в нужном файле шрифта, который подключен для отображения данного текстового документа. Все просто и банально. Значит, чтобы закодировать любой нужный нам символ (например, из национального алфавита), нужно выполнить два условия: векторная форма этого знака должна быть в используемом шрифте, и этот символ можно было бы закодировать в расширенных кодировках ASCII в один байт. Поэтому таких вариантов существует целая куча. Только лишь для кодирования символов русского языка существует несколько разновидностей расширенной Аски. Например, изначально появилась CP866, в которой была возможность использовать символы русского алфавита, и она являлась расширенной версией ASCII. То есть, ее верхняя часть полностью совпадала с базовой версией Аски (128 символов латиницы, цифр и еще всякой лабуды), которая представлена на приведенном чуть выше скриншоте, а вот уже нижняя часть таблицы с кодировкой CP866 имела указанный на скриншоте чуть ниже вид и позволяла закодировать еще 128 знаков (русские буквы и всякая там псевдографика): Видите, в правом столбце цифры начинаются с 8, т.к. числа с 0 до 7 относятся к базовой части ASCII (см. первый скриншот). Таким образом, у кириллической буквы «М» в CP866 будет код 9С (она находится на пересечении соответствующих строки с 9 и столбца с цифрой С в шестнадцатеричной системе счисления), который можно записать в одном байте информации, и при наличии подходящего шрифта с русскими символами эта буква без проблем отобразится в тексте. Откуда взялось такое количество псевдографики в CP866? Тут все дело в том, что эта кодировка для русского текста разрабатывалась еще в те мохнатые года, когда графические операционные системы не были распространены как сейчас. А в Досе и подобных ей текстовых операционках псевдографика позволяла хоть как-то разнообразить оформление текстов и поэтому ею изобилует CP866 и все другие ее ровесницы из разряда расширенных версий Аски. CP866 распространяла компания IBM, но кроме этого для символов русского языка были разработаны еще ряд кодировок, например, к этому же типу (расширенных ASCII) можно отнести KOI8-R: Принцип ее работы остался тот же самый, что и у описанной чуть ранее CP866 — каждый символ текста кодируется одним единственным байтом. На скриншоте показана вторая половина таблицы KOI8-R, т.к. первая половина полностью соответствует базовой Аски, которая показана на первом скриншоте в этой статье. Среди особенностей кодировки KOI8-R можно отметить то, что кириллические буквы в ее таблице идут не в алфавитном порядке, как это сделали в CP866. Если посмотрите на самый первый скриншот (базовой части, которая входит во все расширенные кодировки), то заметите, что в KOI8-R русские буквы расположены в тех же ячейках таблицы, что и созвучные им буквы латинского алфавита из первой части таблицы. Это было сделано для удобства перехода с русских символов на латинские путем отбрасывания всего одного бита (два в седьмой степени или 128).

Windows 1251 — современная версия ASCII и почему вылезают кракозябры

Дальнейшее развитие кодировок текста было связано с тем, что набирали популярность графические операционные системы и необходимость использования псевдографики в них со временем пропала. В результате возникла целая группа, которая по своей сути по-прежнему являлись расширенными версиями Аски (один символ текста кодируется всего одним байтом информации), но уже без использования символов псевдографики. Они относились к так называемым ANSI кодировкам, которые были разработаны американским институтом стандартизации. В просторечии еще использовалось название кириллица для варианта с поддержкой русского языка. Примером такой может служить Windows 1251. Она выгодно отличалась от используемых ранее CP866 и KOI8-R тем, что место символов псевдографики в ней заняли недостающие символы русской типографики (окромя знака ударения), а также символы, используемые в близких к русскому славянских языках (украинскому, белорусскому и т.д.): Из-за такого обилия кодировок русского языка, у производителей шрифтов и производителей программного обеспечения постоянно возникала головная боль, а у нас с вам, уважаемые читатели, зачастую вылезали те самые пресловутые кракозябры, когда происходила путаница с используемой в тексте версией. Очень часто они вылезали при отправке и получении сообщений по электронной почте, что повлекло за собой создание очень сложных перекодировочных таблиц, которые, собственно, решить эту проблему в корне не смогли, и зачастую пользователи для переписки использовали транслит латинских букв, чтобы избежать пресловутых кракозябров при использовании русских кодировок подобных CP866, KOI8-R или Windows 1251. По сути, кракозябры, вылазящие вместо русского текста, были результатом некорректного использования кодировки данного языка, которая не соответствовала той, в которой было закодировано текстовое сообщение изначально. Допустим, если символы, закодированные с помощью CP866, попробовать отобразить, используя кодовую таблицу Windows 1251, то эти самые кракозябры (бессмысленный набор знаков) и вылезут, полностью заменив собой текст сообщения. Аналогичная ситуация очень часто возникает при создании и настройке сайтов, форумов или блогов, когда текст с русскими символами по ошибке сохраняется не в той кодировке, которая используется на сайте по умолчанию, или же не в том текстовом редакторе, который добавляет в код отсебятину не видимую невооруженным глазом. В конце концов такая ситуация с множеством кодировок и постоянно вылезающими кракозябрами многим надоела, появились предпосылки к созданию новой универсальной вариации, которая бы заменила собой все существующие и решила бы проблему с появлением не читаемых текстов. Кроме этого существовала проблема языков подобных китайскому, где символов языка было гораздо больше, чем 256.

Юникод (Unicode) — универсальные кодировки UTF 8, 16 и 32

Эти тысячи знаков языковой группы юго-восточной Азии никак невозможно было описать в одном байте информации, который выделялся для кодирования символов в расширенных версиях ASCII. В результате был создан консорциум под названием Юникод (Unicode — Unicode Consortium) при сотрудничестве многих лидеров IT индустрии (те, кто производит софт, кто кодирует железо, кто создает шрифты), которые были заинтересованы в появлении универсальной кодировки текста. Первой вариацией, вышедшей под эгидой консорциума Юникод, была UTF 32. Цифра в названии кодировки означает количество бит, которое используется для кодирования одного символа. 32 бита составляют 4 байта информации, которые понадобятся для кодирования одного единственного знака в новой универсальной кодировке UTF. В результате чего один и тот же файл с текстом, закодированный в расширенной версии ASCII и в UTF-32, в последнем случае будет иметь размер (весить) в четыре раза больше. Это плохо, но зато теперь у нас появилась возможность закодировать с помощью ЮТФ число знаков, равное двум в тридцать второй степени (миллиарды символов, которые покроют любое реально необходимое значение с колоссальным запасом). Но многим странам с языками европейской группы такое огромное количество знаков использовать в кодировке вовсе и не было необходимости, однако при задействовании UTF-32 они ни за что ни про что получали четырехкратное увеличение веса текстовых документов, а в результате и увеличение объема интернет-трафика и объема хранимых данных. Это много, и такое расточительство себе никто не мог позволить. В результате развития Юникода появилась UTF-16, которая получилась настолько удачной, что была принята по умолчанию как базовое пространство для всех символов, которые у нас используются. Она использует два байта для кодирования одного знака. Давайте посмотрим, как это дело выглядит. В операционной системе Windows вы можете пройти по пути «Пуск» — «Программы» — «Стандартные» — «Служебные» — «Таблица символов». В результате откроется таблица с векторными формами всех установленных у вас в системе шрифтов. Если вы выберете в «Дополнительных параметрах» набор знаков Юникод, сможете увидеть для каждого шрифта в отдельности весь ассортимент входящих в него символов. Кстати, щелкнув по любому из них, вы сможете увидеть его двухбайтовый код в формате UTF-16, состоящий из четырех шестнадцатеричных цифр: Сколько символов можно закодировать в UTF-16 с помощью 16 бит? 65 536 (два в степени шестнадцать), и именно это число было принято за базовое пространство в Юникоде. Помимо этого существуют способы закодировать с помощью нее и около двух миллионов знаков, но ограничились расширенным пространством в миллион символов текста. Но даже эта удачная версия кодировки Юникода не принесла особого удовлетворения тем, кто писал, допустим, программы только на английском языке, ибо у них после перехода от расширенной версии ASCII к UTF-16, вес документов увеличивался в два раза (один байт на один символ в Аски и два байта на тот же самый символ в ЮТФ-16). Вот именно для удовлетворения всех и вся в консорциуме Unicode было решено придумать кодировку переменной длины. Ее назвали UTF-8. Несмотря на восьмерку в названии, она действительно имеет переменную длину, т.е. каждый символ текста может быть закодирован в последовательность длиной от одного до шести байт. На практике же в UTF-8 используется только диапазон от одного до четырех байт, потому что за четырьмя байтами кода ничего уже даже теоретически не возможно представить. Все латинские знаки в ней кодируются в один байт, так же как и в старой доброй ASCII. Что примечательно, в случае кодирования только латиницы, даже те программы, которые не понимают Юникод, все равно прочитают то, что закодировано в ЮТФ-8. То есть, базовая часть Аски просто перешла в это детище консорциума Unicode. Кириллические же знаки в UTF-8 кодируются в два байта, а, например, грузинские — в три байта. Консорциум Юникод после создания UTF 16 и 8 решил основную проблему — теперь у нас в шрифтах существует единое кодовое пространство. И теперь их производителям остается только исходя из своих сил и возможностей заполнять его векторными формами символов текста. В приведенной чуть выше «Таблице символов» видно, что разные шрифты поддерживают разное количество знаков. Некоторые насыщенные символами Юникода шрифты могут весить очень прилично. Но зато теперь они отличаются не тем, что они созданы для разных кодировок, а тем, что производитель шрифта заполнил или не заполнил единое кодовое пространство теми или иными векторными формами до конца.

Кракозябры вместо русских букв — как исправить

Давайте теперь посмотрим, как появляются вместо текста кракозябры или, другими словами, как выбирается правильная кодировка для русского текста. Собственно, она задается в той программе, в которой вы создаете или редактируете этот самый текст, или же код с использованием текстовых фрагментов. Для редактирования и создания текстовых файлов лично я использую очень хороший, на мой взгляд, Html и PHP редактор Notepad++. Впрочем, он может подсвечивать синтаксис еще доброй сотни языков программирования и разметки, а также имеет возможность расширения с помощью плагинов. Читайте подробный обзор этой замечательной программы по приведенной ссылке. В верхнем меню Notepad++ есть пункт «Кодировки», где у вас будет возможность преобразовать уже имеющийся вариант в тот, который используется на вашем сайте по умолчанию: В случае сайта на Joomla 1.5 и выше, а также в случае блога на WordPress следует во избежании появления кракозябров выбирать вариант UTF 8 без BOM. А что такое приставка BOM? Дело в том, что когда разрабатывали кодировку ЮТФ-16, зачем-то решили прикрутить к ней такую вещь, как возможность записывать код символа, как в прямой последовательности (например, 0A15), так и в обратной (150A). А для того, чтобы программы понимали, в какой именно последовательности читать коды, и был придуман BOM (Byte Order Mark или, другими словами, сигнатура), которая выражалась в добавлении трех дополнительных байтов в самое начало документов. В кодировке UTF-8 никаких BOM предусмотрено в консорциуме Юникод не было и поэтому добавление сигнатуры (этих самых пресловутых дополнительных трех байтов в начало документа) некоторым программам просто-напросто мешает читать код. Поэтому мы всегда при сохранении файлов в ЮТФ должны выбирать вариант без BOM (без сигнатуры). Таким образом, вы заранее обезопасите себя от вылезания кракозябров. Что примечательно, некоторые программы в Windows не умеют этого делать (не умеют сохранять текст в ЮТФ-8 без BOM), например, все тот же пресловутый Блокнот Windows. Он сохраняет документ в UTF-8, но все равно добавляет в его начало сигнатуру (три дополнительных байта). Причем эти байты будут всегда одни и те же — читать код в прямой последовательности. Но на серверах из-за этой мелочи может возникнуть проблема — вылезут кракозябры. Поэтому ни в коем случае не пользуйтесь обычным блокнотом Windows для редактирования документов вашего сайта, если не хотите появления кракозябров. Лучшим и наиболее простым вариантом я считаю уже упомянутый редактор Notepad++, который практически не имеет недостатков и состоит из одних лишь достоинств. В Notepad ++ при выборе кодировки у вас будет возможность преобразовать текст в кодировку UCS-2, которая по своей сути очень близка к стандарту Юникод. Также в Нотепаде можно будет закодировать текст в ANSI, т.е. применительно к русскому языку это будет уже описанная нами чуть выше Windows 1251. Откуда берется эта информация? Она прописана в реестре вашей операционной системы Windows — какую кодировку выбирать в случае ANSI, какую выбирать в случае OEM (для русского языка это будет CP866). Если вы установите на своем компьютере другой язык по умолчанию, то и эти кодировки будут заменены на аналогичные из разряда ANSI или OEM для того самого языка. После того, как вы в Notepad++ сохраните документ в нужной вам кодировке или же откроете документ с сайта для редактирования, то в правом нижнем углу редактора сможете увидеть ее название: Чтобы избежать кракозябров, кроме описанных выше действий, будет полезным прописать в его шапке исходного кода всех страниц сайта информацию об этой самой кодировке, чтобы на сервере или локальном хосте не возникло путаницы. Вообще, во всех языках гипертекстовой разметки кроме Html используется специальное объявление xml, в котором указывается кодировка текста.

Прежде, чем начать разбирать код, браузер узнает, какая версия используется и как именно нужно интерпретировать коды символов этого языка. Но что примечательно, если вы сохраняете документ в принятом по умолчанию юникоде, это объявление xml можно будет опустить (кодировка будет считаться UTF-8, если нет BOM или ЮТФ-16, если BOM есть). В случае же документа языка Html для указания кодировки используется элемент Meta, который прописывается между открывающим и закрывающим тегом Head:

Эта запись довольно сильно отличается от принятой в стандарте в Html 4.01, но полностью соответствует стандарту Html 5, и она будет стопроцентно правильно понята любыми используемыми на текущий момент браузерами. По идее элемент Meta с указание кодировки Html документа лучше будет ставить как можно выше в шапке документа, чтобы на момент встречи в тексте первого знака не из базовой ANSI (которые правильно прочитаются всегда и в любой вариации) браузер уже должен иметь информацию о том, как интерпретировать коды этих символов. Ссылка на первоисточник: Кодировка текста ASCII (Windows 1251, CP866, KOI8-R) и Юникод (UTF 8, 16, 32) — как исправить проблему с кракозябрами