问题

汉字在计算机中的表示方式有哪些?

回答
汉字作为我们中华民族几千年文明的载体,其在计算机中的呈现方式,是一门既深奥又充满智慧的学问。简单说来,计算机只能理解0和1,那么如何将承载着丰富含义的汉字,转化为这些冷冰冰的二进制数字呢?这背后涉及一系列精妙的编码和渲染技术。

一、 汉字编码:让计算机“认识”汉字

编码,就好比给每个汉字一个独一无二的身份证号,让计算机能够区分和调用它们。早期的计算机能力有限,为了处理中文信息,人们付出了巨大的努力。

1. 电报码(也称“汉字电报码”): 这是最早的汉字输入计算机的尝试之一。它的核心思想是将汉字转化为数字编码。具体的做法是,将汉字按照一定的顺序(例如按字典排序)编上一个四位数的序号。输入时,你只需要输入这个四位数的序号,计算机就能根据这个序号找到对应的汉字。这种方式的优点是编码简单,易于实现。缺点也很明显:难以记忆,查找效率低,而且编码库有限,无法涵盖所有汉字。

2. 区位码: 随着计算机技术的发展,区位码应运而生。它将汉字按照《中文信息处理规范》的标准,以一个六位数的号码来表示。这个号码由“区号”和“位号”组成,每个区号包含94个汉字,每个位号代表该区内的具体位置。你可以想象成一张巨大的表格,横坐标是区号,纵坐标是位号,每个交叉点上就有一个汉字。区位码的优点是编码系统化,覆盖的汉字范围广,而且是国家标准,具有普适性。

3. 国标码(GB码): 国标码是在区位码的基础上发展起来的。它在区位码的基础上,每个字节都加上了0x80(也就是十进制的128),以区分汉字和ASCII码(英文字符)。这样做的目的是为了让汉字信息在传输和存储时,不会与ASCII码混淆。比如,一个区位码是“20 79”的汉字,转换成国标码就是“A0 BF”。国标码有几个版本,比如GB231280(收录了常用汉字6763个)和后来的GBK(收录了更多的汉字和符号)。国标码是早期中文信息处理的主流编码,尤其在Windows早期系统中使用广泛。

4. 大五码(Big5码): 这是台湾地区和香港地区广泛使用的一种汉字内码。它与国标码在编码规则和收录的汉字上有所不同,主要收录繁体汉字。如果你在处理一些港台的中文资料,可能会遇到大五码。

5. 万国码(Unicode): 随着全球化的推进,各国文字在计算机上的互通需求日益增长。Unicode的出现,就是为了解决多语言信息处理的问题。Unicode为世界上几乎所有的字符(包括汉字、字母、符号、表情等)都分配了一个唯一的数字编号,称为“码点”(Code Point)。汉字在Unicode中的码点通常用“U+”加上十六进制数字表示,例如“汉”字的码点是“U+5389”。

然而,Unicode本身只是一个字符的列表和编号,并没有规定这些编号在计算机中如何存储。这就引出了下面的“编码方式”。

UTF8: 这是目前互联网上最流行、最通用的Unicode编码方式。UTF8的最大特点是变长编码。对于ASCII字符(英文字母、数字、符号),它使用1个字节表示,与ASCII码兼容。对于汉字等非ASCII字符,它会根据字符的码点大小,使用2到4个字节来表示。这种方式的好处是兼顾了存储空间和兼容性,在网络传输中效率很高。对于我们日常使用的大部分中文信息,UTF8是最常见的编码。
UTF16: 对于大部分常用汉字,UTF16使用2个字节表示。对于一些超出基本汉字集的字符(例如一些罕见的汉字或蒙古文等),它会使用4个字节(由两个16位代码单元组成)表示。UTF16在某些应用场景下比UTF8更节省空间(例如,如果一个文档主要包含中文,UTF16可能比UTF8更优),但它在网络传输中不如UTF8灵活。
UTF32: UTF32是一种定长编码,无论什么字符,都使用4个字节来表示。它的优点是编码和解码非常简单,查找字符速度快。但缺点是占用空间较大,因为即使是英文字母也要用4个字节来表示。

二、 汉字字形(字库):让计算机“画出”汉字

计算机认识了汉字(通过编码),但如何将这些抽象的编码变成我们肉眼可见的、有血有肉的汉字呢?这就需要“字库”来提供汉字的字形信息。

1. 点阵字库: 这是比较早期的字库技术。它的原理是将一个汉字的字形,拆分成一个由许多小点组成的网格(例如16x16、24x24、32x32像素)。每个点要么是黑的(表示墨迹),要么是白的(表示纸张)。字库文件里存储的就是这些点的排列组合信息。当计算机需要显示一个汉字时,它就从字库里找到这个汉字的点阵数据,然后根据这些数据在屏幕上“画”出这个汉字的形状。
优点: 实现简单,显示速度快(尤其在早期硬件条件下)。
缺点: 字形不够平滑,放大后会显得锯齿状。另外,不同的字号需要不同的字库,占用存储空间较大。

2. 矢量字库(也称轮廓字库): 这是目前主流的字库技术。矢量字库不存储点的排列,而是存储构成汉字笔画的“曲线”和“直线”的数学描述。简单来说,它记录的是字形轮廓的路径信息。当需要显示汉字时,计算机根据这些数学指令来绘制字形的轮廓,然后根据需要填充颜色。
优点: 缩放自如,无论放大多少倍,字形都保持平滑清晰,没有锯齿。可以根据需要渲染出不同粗细的笔画。
缺点: 相对于点阵字库,计算量稍大,渲染过程可能稍微复杂一些。

三、 输入法:连接人与计算机的桥梁

编码和字库解决了计算机如何“认识”和“画出”汉字的问题,但我们人类如何把想输入的汉字告诉计算机呢?这就需要输入法来充当桥梁。

输入法的工作流程大致是这样的:
1. 用户输入: 用户在键盘上输入拼音、部首、笔画、或者直接输入汉字编码等。
2. 输入法引擎处理: 输入法软件会根据用户的输入,从庞大的汉字库中匹配可能的汉字选项。
3. 候选字列表: 输入法会根据一定的算法(例如词频、用户习惯等)生成一个候选字列表。
4. 用户选择: 用户通过数字键或方向键选择自己想要的汉字。
5. 输出编码: 输入法将选中的汉字转换成计算机能够理解的内码(例如GBK或Unicode),然后将其发送给操作系统。

常见的中文输入法有:
拼音输入法: 根据汉字的读音输入。
五笔输入法: 根据汉字的字形结构进行编码输入,学习门槛较高,但输入速度很快。
部首/笔画输入法: 根据汉字的部首或笔画顺序输入。
语音输入法: 通过语音识别技术将语音转换为文字。

总结

总的来说,汉字在计算机中的表示是一个多层次的过程:

编码是为每个汉字赋予一个唯一的数字标识,是计算机识别汉字的基础。从早期的电报码、区位码、国标码,到如今广泛应用的Unicode(配合UTF8等编码方式),技术在不断进步,以满足更大范围的字符支持和更高的效率需求。
字库则提供了汉字的“长相”,无论是点阵还是矢量,都负责将抽象的编码转化为可见的图像。矢量字库以其出色的缩放性和平滑性成为了现代计算机显示的主流。
输入法则是我们与计算机沟通的“翻译官”,它将我们人类的意图转化为计算机能够理解的编码,完成了从输入到输出的闭环。

这三者紧密配合,共同构成了汉字在计算机世界中生存和传播的完整体系,让我们能够便捷地使用计算机处理中文信息。这个过程,从最初的摸索到如今的成熟,凝聚了无数技术人员的智慧和汗水,也深刻地影响了我们现代社会的信息交流方式。

网友意见

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写在前面:

汉字在计算机内部用什么编码,没有任何限制,纯粹是软件开发人员自己决定的,如果开发人员自己发明一套编码,也没有问题。主流操作系统都支持多种模式的编码。

另外,机器内码不是一个准确的概念,内码泛指一切二进制编码,当然,不排除某些教材写的不准确或者年代比较早,弄错了这个概念。

1.汉字在计算机硬盘里面保存的数据是什么编码?机内码?

前面说了,由软件自己决定。可以是GBK,也可以是UTF-8/UTF-16

2.windows 操作系统处理汉字数据时在内存里面用的是什么编码?Unicode编码?它和机内码有关系吗?

同问题1,Windows上的软件现在都支持多种方式编码,具体用哪个,看软件自己决定。

一般来说,早一点的软件,用ANSI String或者Oem String的方式,具体对应到中文版本的软件,即使GB2312/GBK。后来随着Unicode普及,以UTF-16居多。但如果软件本身是从Linux过来的,那么可能是UTF-8(比如很多网页),eclipse之类的等。内核驱动中,一般使用UTF-16,但不强制。

至于机器内码,这不是一个准确的概念。

3.汉字的国标码和区位码、机内码、Unicode编码有关系吗?

国际码泛指一系列编码,不是一个准确的概念(包含GB2312/GBK)

机器内码同上

GB2312等同于区位码

Unicode跟GB2312/GBK没关系

4.计算机在传输汉字的时候,传输的是什么编码?例如:计算机串口发送汉字,用的是什么编码?

没有特定规则,完全靠软件自己定义,软件想按什么编码发,就按什么编码发。

5.计算机的TXT文档里面的汉字是什么编码?Unicode编码?机内码?

同问题4



采用何种编码,只是一种约定俗成的行为,没有严格规定软件必须采用什么编码,对于操作系统来说,很多时候,字符串就是一个字节流,具体字节流如何解析,是要软件自己设置的,如果软件没设置好,那么就会出现乱码。

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