ASCII 与 Unicode：两种字符编码的定义和不同

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💯前言

• 在计算机科学和编程语言中，字符编码是非常重要的概念。它定义了计算机如何表示和存储文本信息。在不同的编程语言中，字符的表示方法可能有所不同。C语言使用ASCII编码表示字符，而Java则使用Unicode编码。这两者虽然都是字符编码，但它们有很大的不同，尤其是在字符集的范围、表示方法以及支持的语言字符种类等方面。
  本文将详细解释ASCII和Unicode的定义、历史背景、两者之间的主要区别以及它们在C语言和Java中的应用。通过详细的分析和例子，我们将帮助读者更好地理解这两种编码标准，以及它们如何影响不同语言中的字符表示。
  Java
  

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💯一、ASCII编码详解

Dec	Hex	Char	Dec	Hex	Char	Dec	Hex	Char	Dec	Hex	Char	Dec	Hex	Char	Dec	Hex	Char
0	0x00	NUL	32	0x20	(space)	64	0x40	@	96	0x60	`	128	0x80	Ç	160	0xA0
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2	0x02	STX	34	0x22	"	66	0x42	B	98	0x62	b	130	0x82	é	162	0xA2	¢
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23	0x17	ETB	55	0x37	7	87	0x57	W	119	0x77	w	151	0x97	Ü	183	0xB7	·
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30	0x1E	RS	62	0x3E	>	94	0x5E	^	126	0x7E	~	158	0x9E	π	190	0xBE	¾
31	0x1F	US	63	0x3F	?	95	0x5F	_	127	0x7F	DEL	159	0x9F

ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码）是一种用于电子通信的字符编码标准，它为计算机系统和设备提供了一个统一的字符集。ASCII码最初由美国国家标准协会（ANSI）于1960年代制定，最初用于电传打字机。它是以7位二进制编码表示字符，其中包含了128个字符，包括英文字母、数字、标点符号以及一些控制字符（如回车、换行等）。

1.1 ASCII的组成

• 控制字符（0到31）：这些字符通常不会在屏幕上显示出来，而是用于控制设备的行为。比如：

  • 0 - Null字符：用于标记字符串的结束。
  • 7 - Bell：产生响铃声。
  • 10 - Line Feed（LF）：换行符。
  • 13 - Carriage Return（CR）：回车符。

• 可打印字符（32到126）：这些字符可以直接显示出来，包括字母、数字、标点符号等。例如：

  • 32 - 空格符
  • 48-57 - 数字字符（‘0’到’9’）
  • 65-90 - 大写字母（‘A’到’Z’）
  • 97-122 - 小写字母（‘a’到’z’）
  • 33 - 感叹号（!）
  • 46 - 句点（.）

1.2 ASCII的局限性

由于ASCII码仅使用7位编码，它的字符集仅能表示128个字符，主要包括英语字符和一些符号、控制字符。这意味着ASCII无法表示中文、日文、阿拉伯文等其他语言的字符，也无法表示诸如表情符号、数学符号等非英文字符。因此，随着全球化的需求，ASCII逐渐显示出其不足之处。

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💯二、Unicode编码详解

此表列出了包括 ASCII 范围内以及 Unicode 的扩展字符（如拉丁字母扩展）的一些字符。Unicode 编码表的实际内容远比这更庞大，涵盖全球几乎所有语言和符号。

Dec	Hex	Char	Dec	Hex	Char	Dec	Hex	Char	Dec	Hex	Char	Dec	Hex	Char	Dec	Hex	Char
0	0x00	NUL	32	0x20	(space)	64	0x40	@	96	0x60	`	128	0x80	Ç	160	0xA0
1	0x01	SOH	33	0x21	!	65	0x41	A	97	0x61	a	129	0x81	ü	161	0xA1	¡
2	0x02	STX	34	0x22	"	66	0x42	B	98	0x62	b	130	0x82	é	162	0xA2	¢
3	0x03	ETX	35	0x23	#	67	0x43	C	99	0x63	c	131	0x83	â	163	0xA3	£
4	0x04	EOT	36	0x24	$	68	0x44	D	100	0x64	d	132	0x84	ä	164	0xA4	¤
5	0x05	ENQ	37	0x25	%	69	0x45	E	101	0x65	e	133	0x85	å	165	0xA5	¥
6	0x06	ACK	38	0x26	&	70	0x46	F	102	0x66	f	134	0x86	æ	166	0xA6	¦
7	0x07	BEL	39	0x27	’	71	0x47	G	103	0x67	g	135	0x87	ô	167	0xA7	§
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9	0x09	TAB	41	0x29	)	73	0x49	I	105	0x69	i	137	0x89	ù	169	0xA9	©
10	0x0A	LF	42	0x2A	*	74	0x4A	J	106	0x6A	j	138	0x8A	ú	170	0xAA	®
11	0x0B	VT	43	0x2B	+	75	0x4B	K	107	0x6B	k	139	0x8B	ñ	171	0xAB	¬
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31	0x1F	US	63	0x3F	?	95	0x5F	_	127	0x7F	DEL	159	0x9F

Unicode是为了解决ASCII编码的局限性而设计的一种字符编码标准。Unicode的目标是能够表示全球所有语言的字符。与ASCII仅支持英语字符不同，Unicode支持几乎所有的语言字符、符号、数学符号、表情符号、历史文献字符等。

Unicode最初由Unicode联盟于1991年发布，采用16位或更高位数的编码，可以表示更多的字符。它为每个字符分配一个唯一的码点（code point），通常用“U+”加上一个十六进制数字来表示。例如，字符"A"的Unicode码点是U+0041。

2.1 Unicode编码方式

Unicode采用了不同的编码方式来表示字符，其中最常见的有三种：UTF-8、UTF-16和UTF-32。

• UTF-8：一种变长编码方式，使用1到4个字节来表示字符。UTF-8与ASCII兼容，对于ASCII字符（0-127），它只使用1个字节，而对于其他字符，UTF-8则使用2到4个字节。
• UTF-16：通常使用2个字节（16位）表示字符，对于一些不常见的字符使用代理对（surrogate pairs）来表示。
• UTF-32：每个字符都使用4个字节（32位）表示，适用于内部处理，但存储效率较低。

2.2 Unicode的字符范围

Unicode字符集的范围非常广泛。当前版本的Unicode可以表示超过100万个字符，但实际上使用的字符还远远没有达到这个数量。Unicode字符集将字符划分为多个块，每个块包含了与特定语言、符号或用途相关的字符。例如：

• 基本拉丁字母：U+0000到U+007F（包括ASCII字符）
• 拉丁扩展-A：U+0080到U+00FF
• 汉字（CJK）：U+4E00到U+9FFF
• 表情符号：U+1F600到U+1F64F
• 数学符号：U+2200到U+22FF

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💯三、ASCII与Unicode的主要区别

ASCII 表（美国标准信息交换码）只有 128 个字符（从 0 到 127），其中包含了控制字符、数字、字母和常见符号。

而 Unicode 表 是一个更广泛的字符编码标准，旨在涵盖所有书写系统、符号和字符。Unicode 不仅包括 ASCII 中的字符，还包括许多其他符号、字母、汉字等字符。Unicode 是兼容 ASCII 的，在 Unicode 中，前 128 个字符与 ASCII 是相同的，但其余的字符与 ASCII 完全不同。

因此，ASCII 是 Unicode 的一个子集，但 Unicode 远比 ASCII 大得多，涵盖了更多字符。

特性	ASCII	Unicode
编码位数	7位（标准ASCII为7位，扩展ASCII为8位）	16位、32位或更大的编码（支持变长）
字符范围	128个字符（0-127）	可表示超过百万个字符
支持语言	仅支持英语字符，无法处理其他语言	支持全球多种语言（如中文、日文、韩文等）
存储效率	使用1个字节	根据编码方式不同，存储效率不一（UTF-8变长，UTF-16和UTF-32较大）
兼容性	不支持其他语言字符	完全支持ASCII，并能够兼容各种语言和符号

3.1 语言支持

• ASCII：由于ASCII字符集仅包含128个字符，主要涵盖了英语字母、数字、常用符号和控制字符，因此它只能用于英文环境。对于其他语言（如中文、日文等），无法直接表示。

• Unicode：Unicode支持全球几乎所有的语言字符，包括中文、日文、韩文、阿拉伯文等，甚至包括表情符号、数学符号、古代文字等。Unicode的广泛支持使其成为全球范围内的标准字符编码。

3.2 存储和编码

• ASCII：每个字符仅占用1个字节（8位），因此在表示简单字符时，它的存储空间非常高效。

• Unicode：由于Unicode字符集非常庞大，编码方式也相应多样化。UTF-8是变长编码，它会根据字符的需求使用1到4个字节，而UTF-16通常使用2个字节，UTF-32使用4个字节来表示一个字符。

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💯四、C语言中的ASCII与Java中的Unicode

4.1 C语言中的字符表示

在C语言中，字符通常通过char类型表示，该类型默认使用ASCII编码。C语言的char类型通常占用1个字节，因此它只能表示ASCII字符集中的128个字符。如果要表示非ASCII字符，通常需要使用扩展的字符编码方案，例如UTF-8或UTF-16。

4.2 Java中的字符表示

Java中的字符使用char类型表示，而char类型是基于UTF-16编码的。Java中的char占用2个字节（16位），因此它可以表示常用的字符，包括ASCII字符、拉丁字母、中文字符等。对于Unicode的超出基本多语言平面的字符，Java通过代理对（surrogate pairs）机制来表示。

💯总结

• ASCII编码适用于英文字符和一些符号，局限性较大，只能表示128个字符，适用于早期的计算机系统和简单的字符表示。
• Unicode提供了全球化的字符支持，能够表示所有已知语言的字符、符号和表情符号，支持不同的编码方式如UTF-8、UTF-16、UTF-32，适用于现代的跨平台编程环境。
• C语言使用ASCII编码表示字符，主要局限于英文字符，若要处理其他语言字符需要借助扩展编码；而Java使用Unicode（UTF-16）编码，可以直接支持多语言字符，具有更强的跨语言支持能力。

通过理解ASCII和Unicode的差异及其在不同编程语言中的应用，我们可以更好地应对在全球化、多语言应用环境中的字符处理问题。

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