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百度贴吧特殊字符研究①

奶瓶 · 7月7日 · 2020年 · · 20次已读

很久很久以前,当我想用 C 语言处理中文时,遇到了一些麻烦:C 语言中的 char 只占用 1 字节,但是 GBK 编码的汉字会占用两个字节。如果直接使用 char,会遇到一些非常神奇的问题,比如“页苑估”字符串中含有“吃饭”子串[1]。处理 GBK 编码其实也挺简单,判断一下,如果发现某个 char 的最高位是1,就和下一个 char 合起来考虑。偷懒的办法就是预处理一遍,把合并后的结果存到 short int(其实还有 wchar_t 这种专用的宽字符变量类型,使用时需要注意在 Windows 下是2字节,而在 Linux 下是4字节) 里,这样每个变量就可以表示一个字符了。

当我知道 C#、Java 的 char 是一个 16 位的存储单元时,我就开始天真的以为“终于一个 char 可以表示一个汉字了”。虽然之后也听说了 C# 和 Java 中的 char 是以 Unicode 的形式存储的(确切的说,是 UTF-16),但是对一个 char 表示一个字符的观念,一直没有改变,直到昨天膝盖中了一箭……

我在处理维基百科语料时,想统计一下里面出现了多少种不同的字符。随手就写了一个逐 char 的循环,统计之后输出 <char, 出现次数> 的二元组。 结果写文件的时候,抛出了这个异常:

未经处理的异常: System.Text.EncoderFallbackException: 无法将位于索引 551 处的 Unicode 字符 /uD86A 转换为指定的代码页。

搜索良久,没发现有人遇到这个问题。只好开始猜想,是不是有些字符能用 UTF-16 表示,但不能用 UTF-8 表示?又或许有些 char 不能独立存在?

第二个猜想在 Unicode 的官网找到了答案[2],同时也否定了第一个猜想:

The Unicode Standard encodes characters in the range U+0000..U+10FFFF, which amounts to a 21-bit code space. Depending on the encoding form you choose (UTF-8, UTF-16, or UTF-32), each character will then be represented either as a sequence of one to four 8-bit bytes, one or two 16-bit code units, or a single 32-bit code unit.

里面涉及了两个要点。1. Unicode 编码的范围是固定的,Unicode 字符可以选用 UTF-8、UTF-16、UTF-32 这些编码方式来存储,也就是说这三种编码方式可以无损转换。2. 一个 Unicode 字符,在使用 UTF-16 编码方式存储时,会使用1个或两个码元(code unit),也就是 C# 里面的 char。

于是有些Unicode字符,在 UTF-16 编码方式下,需要用两个码元来表示。在维基百科里找到一个例子:“”。这个字就需要两个码元来表示。UTF-16 把表示这种字的两个码元称作“代理对(surrogate pair)”,代理对由高位代理和低位代理组合而成,下面的 C# 代码展示了这个分解过程。

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var str = "";  
Console.WriteLine(str.Length);  
Console.WriteLine(Char.IsHighSurrogate(str[0]));  
Console.WriteLine(Char.IsLowSurrogate(str[1]));  

那是不是一个 Unicode 字符就是一个显示字符呢?答案居然是“否”!

世界上还有“组合字符[4]”这种神一般的存在,最常见的一个肯定很多人都见过“ส้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้”。用来破坏排版的神器。这真的是一个显示字符,不信的话,你可以把它复制下来粘贴到 Word 里,看看是不是占了一个字符的位置。当然,一些比较弱的软件可能不能正常显示这个字符。组合字符一般是用来给拉丁文加重音符号等附加符号的,比如 Ä = A + ¨,也可以在一个字符后面加入一堆附加符号,形成刚才那个神器的效果。

当然,C#这样的高级语言处理显示字符也是比较方便的,使用 StringInfo [5]类即可,比如下面的代码会输出 39、1。想要逐字符提取可以用 StringInfo 类中的其它方法,非常方便。Java 中应该也有类似的方法,没去调研。

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var str = "ส้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้้";  
Console.WriteLine(str.Length);  
StringInfo si = new StringInfo(str);  
Console.WriteLine(si.LengthInTextElements);  

最后,在@trouger 的帮助下,我们发现 UTF-8 编码[6]在多字节时,各字节的首位均是 1。利用这一点,如果我想用 C 语言写一个简单的程序,把 UTF-8 编码的文件按照空格分割(或者任意ASCII字符),直接使用 C 语言的 char 就可以完全胜任,无需考虑复杂的编码方式。

  • [1] 百度之星2007程序设计大赛 两场初赛题目点评 http://www.baiduer.com.cn/2007-06/1207.html
  • [2] UTF-8, UTF-16, UTF-32 & BOM http://www.unicode.org/faq/utf_bom.html
  • [3] 码元 – 维基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/码元
  • [4] 组合字符 – 维基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/组合字符
  • [5] StringInfo Class http://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.globalization.stringinfo.aspx
  • [6] UTF-8 – 维基百科 http://zh.wikipedia.org/wiki/UTF-8
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