C++ UTF8编码转换 CChineseCode

一 预备知识

1，字符：字符是抽象的最小文本单位。它没有固定的形状（可能是一个字形），而且没有值。“A”是一个字符，“€”（德国、法国和许多其他欧洲国家通用货币的标志）也是一个字符。“中”“国”这是两个汉字字符。字符仅仅代表一个符号，没有任何实际值的意义。

2，字符集：字符集是字符的集合。例如，汉字字符是中国人最先发明的字符，在中文、日文、韩文和越南文的书写中使用。这也说明了字符和字符集之间的关系，字符组成字符集（iso8859-1，GB2312/GBK，unicode）。

3，代码点：字符集中的每个字符都被分配到一个“代码点”。每个代码点都有一个特定的唯一数值，称为标值。该标量值通常用十六进制表示。

4，代码单元： 在每种编码形式中，代码点被映射到一个或多个代码单元。“代码单元”是各个编码方式中的单个单元。代码单元的大小等效于特定编码方式的位数：

UTF-8 ：UTF-8 中的代码单元由 8 位组成；在 UTF-8 中，因为代码单元较小的缘故，每个代码点常常被映射到多个代码单元。代码点将被映射到一个、两个、三个或四个代码单元；

UTF-16 ：UTF-16 中的代码单元由 16 位组成；UTF-16 的代码单元大小是 8 位代码单元的两倍。所以，标量值小于 U+10000 的代码点被编码到单个代码单元中；

UTF-32：UTF-32  中的代码单元由 32 位组成； UTF-32 中使用的 32 位代码单元足够大，每个代码点都可编码为单个代码单元；

GB18030：GB18030  中的代码单元由 8 位组成；在 GB18030 中，因为代码单元较小的缘故，每个代码点常常被映射到多个代码单元。代码点将被映射到一个、两个或四个代码单元。

5，举例：

“中国北京香蕉是个大笨蛋”这是我定义的aka字符集；各字符对应代码点为：

北 00000001

京 00000010

香 10000001

蕉 10000010

是 10000100

个 10001000

大 10010000

笨 10100000

蛋 11000000

中 00000100

国 00001000

下面是我定义的 zixia 编码方案（8位），可以看到它的编码中表示了aka字符集的所有字符对应的 代码单元；

北 10000001

京 10000010

香 00000001

蕉 00000010

是 00000100

个 00001000

大 00010000

笨 00100000

蛋 01000000

中 10000100

国 10001000

所谓文本文件 就是我们按一定编码方式将二进制数据表示为对应的文本如 00000001000000100000010000001000000100000010000001000000这样的文件。我用一个支持 zixia编码和aka字符集的记事本打开，它就按照编码方案显示为  “香蕉是个大笨蛋 ”

如果我把这些字符按照GBK另存一个文件，那么则肯定不是这个，而是

1100111111100011 1011110110110110 1100101011000111 1011100011110110 1011010011110011 1011000110111111 1011010110110000 110100001010

二，字符集

1， 常用字符集分类

ASCII及其扩展字符集

作用：表语英语及西欧语言。

位数：ASCII是用7位表示的，能表示128个字符；其扩展使用8位表示，表示256个字符。

范围：ASCII从00到7F，扩展从00到FF。

ISO-8859-1字符集

作用：扩展ASCII，表示西欧、希腊语等。

位数：8位，

范围：从00到FF，兼容ASCII字符集。

GB2312字符集

作用：国家简体中文字符集，兼容ASCII。

位数：使用2个字节表示，能表示7445个符号，包括6763个汉字，几乎覆盖所有高频率汉字。

范围：高字节从A1到F7, 低字节从A1到FE。将高字节和低字节分别加上0XA0即可得到编码。

BIG5字符集

作用：统一繁体字编码。

位数：使用2个字节表示，表示13053个汉字。

范围：高字节从A1到F9，低字节从40到7E，A1到FE。

GBK字符集

作用：它是GB2312的扩展，加入对繁体字的支持，兼容GB2312。

位数：使用2个字节表示，可表示21886个字符。

范围：高字节从81到FE，低字节从40到FE。

GB18030字符集

作用：它解决了中文、日文、朝鲜语等的编码，兼容GBK。

位数：它采用变字节表示(1 ASCII，2，4字节)。可表示27484个文字。

范围：1字节从00到7F; 2字节高字节从81到FE，低字节从40到7E和80到FE；4字节第一三字节从81到FE，第二四字节从30到39。

UCS字符集

作用：国际标准 ISO 10646 定义了通用字符集 (Universal Character Set)。它是与UNICODE同类的组织，UCS-2和UNICODE兼容。

位数：它有UCS-2和UCS-4两种格式，分别是2字节和4字节。

范围：目前，UCS-4只是在UCS-2前面加了0×0000。

UNICODE字符集

作用：为世界650种语言进行统一编码，兼容ISO-8859-1。

位数：UNICODE字符集有多个编码方式，分别是UTF-8，UTF-16和UTF-32。

2 ，按所表示的文字分类

语言                                 字符集                                     正式名称

英语、西欧语                     ASCII，ISO-8859-1                MBCS 多字节

简体中文                             GB2312                                    MBCS 多字节

繁体中文                             BIG5                                         MBCS 多字节

简繁中文                             GBK                                         MBCS 多字节

中文、日文及朝鲜语         GB18030                                  MBCS 多字节

各国语言                             UNICODE，UCS                    DBCS 宽字节

三，编码

UTF-8：采用变长字节 (1 ASCII, 2 希腊字母, 3 汉字, 4 平面符号) 表示，网络传输, 即使错了一个字节，不影响其他字节，而双字节只要一个错了，其他也错了，具体如下：

如果只有一个字节则其最高二进制位为0；如果是多字节，其第一个字节从最高位开始，连续的二进制位值为1的个数决定了其编码的字节数，其余各字节均以10开头。UTF-8最多可用到6个字节。

UTF-16：采用2字节，Unicode中不同部分的字符都同样基于现有的标准。这是为了便于转换。从 0×0000到0×007F是ASCII字符，从0×0080到0×00FF是ISO-8859-1对ASCII的扩展。希腊字母表使用从0×0370到 0×03FF 的代码，斯拉夫语使用从0×0400到0×04FF的代码，美国使用从0×0530到0×058F的代码，希伯来语使用从0×0590到0×05FF的代码。中国、日本和韩国的象形文字（总称为CJK）占用了从0×3000到0×9FFF的代码；由于0×00在c语言及操作系统文件名等中有特殊意义，故很多情况下需要UTF-8编码保存文本，去掉这个0×00。举例如下：

UTF-16: 0×0080  = 0000 0000 1000 0000

UTF-8:   0xC280 = 1100 0010 1000 0000

UTF-32：采用4字节。

优缺点

UTF-8、UTF-16和UTF-32都可以表示有效编码空间 (U+000000-U+10FFFF) 内的所有Unicode字符。

使用UTF-8编码时ASCII字符只占1个字节，存储效率比较高，适用于拉丁字符较多的场合以节省空间。

对于大多数非拉丁字符（如中文和日文）来说，UTF-16所需存储空间最小，每个字符只占2个字节。

Windows NT内核是Unicode（UTF-16），采用UTF-16编码在调用系统API时无需转换，处理速度也比较快。

采用UTF-16和UTF-32会有Big Endian和Little Endian之分，而UTF-8则没有字节顺序问题，所以UTF-8适合传输和通信。

UTF-32采用4字节编码，一方面处理速度比较快，但另一方面也浪费了大量空间，影响传输速度，因而很少使用。

四，如何判断字符集

1，字节序

首先说一下字节序对编码的影响，字节序分为Big Endian字节序和Little Endian字节序。不同的处理器可能不一样。所以，传输时需要告诉处理器当时的编码字节序。对于前者而言，高位字节存在低地址，低字节存于高地址；后者相反。例如，0X03AB,

Big Endian字节序

0000: 0 3

0001: AB

Little Endian字节序是

0000: AB

0001: 0 3

2，编码识别

UNICODE，根据前几个字节可以判断UNICODE字符集的各种编码，叫做Byte Order Mask方法BOM：

UTF-8: EFBBBF (符合UTF-8格式，请看上面。但没有含义在UCS即UNICODE中)

UTF-16 Big Endian：FEFF (没有含义在UCS-2中)

UTF-16 Little Endian：FFFE (没有含义在UCS-2中)

UTF-32 Big Endian：0000FEFF (没有含义在UCS-4中)

UTF-32 Little Endian：FFFE0000 (没有含义在UCS-4中)

GB2312：高字节和低字节的第1位都是1。

BIG5，GBK&GB18030：高字节的第1位为1。操作系统有默认的编码，常为GBK，可以下载别的并升级。

通过判断高字节的第1位从而知道是ASCII或者汉字编码。

//类声明
class CChineseCode
{
  public:
      static void UTF_8ToUnicode(wchar_t* pOut,char *pText);  			 //把UTF-8转换成Unicode
      static void UnicodeToUTF_8(char* pOut,wchar_t* pText);  			 //Unicode 转换成UTF-8
      static void UnicodeToGB2312(char* pOut,wchar_t uData);  			 //把Unicode 转换成 GB2312
      static void Gb2312ToUnicode(wchar_t* pOut,char *gbBuffer);		 //GB2312 转换成　Unicode
      static void GB2312ToUTF_8(string& pOut,char *pText, int pLen); //GB2312 转为 UTF-8
      static void UTF_8ToGB2312(string &pOut, char *pText, int pLen);//UTF-8 转为 GB2312
};

//类实现
void CChineseCode::UTF_8ToUnicode(wchar_t* pOut,char *pText)
{
   char* uchar = (char *)pOut;

   uchar[1] = ((pText[0] & 0x0F) << 4) + ((pText[1] >> 2) & 0x0F);
   uchar[0] = ((pText[1] & 0x03) << 6) + (pText[2] & 0x3F);

   return;
}

void CChineseCode::UnicodeToUTF_8(char* pOut,wchar_t* pText)
{
   // 注意 WCHAR高低字的顺序,低字节在前，高字节在后
   char* pchar = (char *)pText;

   pOut[0] = (0xE0 | ((pchar[1] & 0xF0) >> 4));
   pOut[1] = (0x80 | ((pchar[1] & 0x0F) << 2)) + ((pchar[0] & 0xC0) >> 6);
   pOut[2] = (0x80 | (pchar[0] & 0x3F));

   return;
}

void CChineseCode::UnicodeToGB2312(char* pOut,wchar_t uData)
{
   WideCharToMultiByte(CP_ACP,NULL,&uData,1,pOut,sizeof(wchar_t),NULL,NULL);
   return;
}

void CChineseCode::Gb2312ToUnicode(wchar_t* pOut,char *gbBuffer)
{
   ::MultiByteToWideChar(CP_ACP,MB_PRECOMPOSED,gbBuffer,2,pOut,1);
   return ;
}

void CChineseCode::GB2312ToUTF_8(string& pOut,char *pText, int pLen)
{
   char buf[4];
   int nLength = pLen* 3;
   char* rst = new char[nLength];

   memset(buf,0,4);
   memset(rst,0,nLength);

   int i = 0;
   int j = 0;
   while(i < pLen)
   {
           //如果是英文直接复制就可以
           if( *(pText + i) >= 0)
           {
                   rst[j++] = pText[i++];
           }
           else
           {
                   wchar_t pbuffer;
                   Gb2312ToUnicode(&pbuffer,pText+i);

                   UnicodeToUTF_8(buf,&pbuffer);

                   unsigned short int tmp = 0;
                   tmp = rst[j] = buf[0];
                   tmp = rst[j+1] = buf[1];
                   tmp = rst[j+2] = buf[2];

                   j += 3;
                   i += 2;
           }
   }
   rst[j] = '';

   //返回结果
   pOut = rst;
   delete []rst;

   return;
}

void CChineseCode::UTF_8ToGB2312(string &pOut, char *pText, int pLen)
{
   char * newBuf = new char[pLen];
   char Ctemp[4];
   memset(Ctemp,0,4);

   int i =0;
   int j = 0;

   while(i < pLen)
   {
       if(pText > 0)
       {
               newBuf[j++] = pText[i++];
       }
       else
       {
               WCHAR Wtemp;
               UTF_8ToUnicode(&Wtemp,pText + i);
               UnicodeToGB2312(Ctemp,Wtemp);
               newBuf[j] = Ctemp[0];
               newBuf[j + 1] = Ctemp[1];
               i += 3;
               j += 2;
       }
   }
   newBuf[j] = '';
   pOut = newBuf;
   delete []newBuf;
   return;
}