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PyTips 0x09 - Python 中 Unicode 的正確用法

shenhualong / 2091人閱讀

摘要:只包含了個基本拉丁字母阿拉伯?dāng)?shù)目字和英式標點符號一共個字符,因此只需要不占滿一個字節(jié)就可以存儲,而則涵蓋的數(shù)據(jù)除了視覺上的字形編碼方法標準的字符編碼外,還包含了字符特性,如大小寫字母,共可包含個字符,而到現(xiàn)在只填充了其中的個位置。

項目地址:https://git.io/pytips

0x07 和 0x08 分別介紹了 Python 中的字符串類型(str)和字節(jié)類型(byte),以及 Python 編碼中最常見也是最頑固的兩個錯誤:

UnicodeEncodeError: "ascii" codec can"t encode characters in position 0-1: ordinal not in range(128)

UnicodeDecodeError: "utf-8" codec can"t decode bytes in position 0-1: invalid continuation byte

這一期就從這兩個錯誤入手,分析 Python 中 Unicode 的正確用法。這篇短文并不能保證你可以永遠杜絕上面兩個錯誤,但是希望在下次遇到這個錯誤的時候知道錯在哪里、應(yīng)該從哪里入手。

編碼與解碼

上面的兩個錯誤分別是 UnicodeEncodeErrorUnicodeDecodeError,也就是說分別在 Unicode 編碼(Encode)和解碼(Decode)過程中出現(xiàn)了錯誤,那么編碼和解碼究竟分別意味著什么?根據(jù)維基百科字符編碼的定義:

字符編碼(英語:Character encoding)、字集碼是把字符集中的字符編碼為指定集合中某一對象(例如:比特模式、自然數(shù)序列、8位組或者電脈沖),以便文本在計算機中存儲和通過通信網(wǎng)絡(luò)的傳遞。

簡單來說就是把人類通用的語言符號翻譯成計算機通用的對象,而反向的翻譯過程自然就是解碼了。Python 中的字符串類型代表人類通用的語言符號,因此字符串類型有encode()方法;而字節(jié)類型代表計算機通用的對象(二進制數(shù)據(jù)),因此字節(jié)類型有decode()方法。

print("??".encode())
b"xf0x9fx8cx8exf0x9fx8cx8f"
print(b"xf0x9fx8cx8exf0x9fx8cx8f".decode())
??

既然說編碼和解碼都是翻譯的過程,那么就需要一本字典將人類和計算機的語言一一對應(yīng)起來,這本字典的名字叫做字符集,從最早的 ASCII 到現(xiàn)在最通用的 Unicode,它們的本質(zhì)是一樣的,只是兩本字典的厚度不同而已。ASCII 只包含了26個基本拉丁字母、阿拉伯?dāng)?shù)目字和英式標點符號一共128個字符,因此只需要(不占滿)一個字節(jié)就可以存儲,而 Unicode 則涵蓋的數(shù)據(jù)除了視覺上的字形、編碼方法、標準的字符編碼外,還包含了字符特性,如大小寫字母,共可包含 1.1M 個字符,而到現(xiàn)在只填充了其中的 110K 個位置。

字符集中字符所存儲的位置(或者說對應(yīng)的計算機通用的數(shù)字)稱之為碼位(code point),例如在 ASCII 中字符 "$" 的碼位就是:

print(ord("$"))
36

ASCII 只需要一個字節(jié)就能存下所有碼位,而 Unicode 則需要幾個字節(jié)才能容納,但是對于具體采用什么樣的方案來實現(xiàn) Unicode 的這種映射關(guān)系,也有很多不同的方案(或規(guī)則),例如最常見(也是 Python 中默認的)UTF-8,還有 UTF-16、UTF-32 等,對于它們規(guī)則上的不同這里就不深入展開了。當(dāng)然,在 ASCII 與 Unicode 之間還有很多其他的字符集與編碼方案,例如中文編碼的 GB2312、繁體字的 Big5 等等,這并不影響我們對編碼與解碼過程的理解。

Unicode*Error

明白了字符串與字節(jié),編碼與解碼之后,讓我們手動制造上面兩個 Unicode*Error 試試,首先是編碼錯誤:

def tryEncode(s, encoding="utf-8"):
    try:
        print(s.encode(encoding))
    except UnicodeEncodeError as err:
        print(err)
    
s = "$"           # UTF-8 String
tryEncode(s)          # 默認用 UTF-8 進行編碼
tryEncode(s, "ascii") # 嘗試用 ASCII 進行編碼

s = "雨"          # UTF-8 String
tryEncode(s)          # 默認用 UTF-8 進行編碼
tryEncode(s, "ascii") # 嘗試用 ASCII 進行編碼
tryEncode(s, "GB2312")  # 嘗試用 GB2312 進行編碼
b"$"
b"$"
b"xe9x9bxa8"
"ascii" codec can"t encode character "u96e8" in position 0: ordinal not in range(128)
b"xd3xea"

由于 UTF-8 對 ASCII 的兼容性,"$" 可以用 ASCII 進行編碼;而 "雨" 則無法用 ASCII 進行編碼,因為它已經(jīng)超出了 ASCII 字符集的 128 個字符,所以引發(fā)了 UnicodeEncodeError;而 "雨" 在 GB2312 中的碼位是 b"xd3xea",與 UTF-8 不同,但是仍然可以正確編碼。因此如果出現(xiàn)了 UnicodeEncodeError 說明你用錯了字典,要翻譯的字符沒辦法正確翻譯成碼位!

再來看解碼錯誤:

def tryDecode(s, decoding="utf-8"):
    try:
        print(s.decode(decoding))
    except UnicodeDecodeError as err:
        print(err)
        
b = b"$"     # Bytes
tryDecode(b)          # 默認用 UTF-8 進行解碼
tryDecode(b, "ascii") # 嘗試用 ASCII 進行解碼
tryDecode(b, "GB2312") # 嘗試用 GB2312 進行解碼

b = b"xd3xea" # 上面例子中通過 GB2312 編碼得到的 Bytes
tryDecode(b)           # 默認用 UTF-8 進行解碼
tryDecode(b, "ascii")  # 嘗試用 ASCII 進行解碼
tryDecode(b, "GB2312") # 嘗試用 GB2312 進行解碼
tryDecode(b, "GBK")    # 嘗試用 GBK 進行解碼
tryDecode(b, "Big5")    # 嘗試用 Big5 進行解碼

tryDecode(b.decode("GB2312").encode()) # Byte-Decode-Unicode-Encode-Byte
$
$
$
"utf-8" codec can"t decode byte 0xd3 in position 0: invalid continuation byte
"ascii" codec can"t decode byte 0xd3 in position 0: ordinal not in range(128)
雨
雨
迾
雨

一般后續(xù)出現(xiàn)的字符集都是對 ASCII 兼容的,可以認為 ASCII 是他們的一個子集,因此可以用 ASCII 進行解碼(編碼)的,一般也可以用其它方法;對于不是不存在子集關(guān)系的編碼,強行解碼有可能會導(dǎo)致錯誤或亂碼!

實踐中的策略

清楚了上面介紹的所有原理之后,在時間操作中應(yīng)該怎樣規(guī)避錯誤或亂碼呢?

記清楚編碼與解碼的方向;

在 Python 中的操作盡量采用 UTF-8,輸入或輸出的時候再根據(jù)需求確定是否需要編碼成二進制:

# cat utf8.txt
# 你好,世界!
# file utf8.txt
# utf8.txt: UTF-8 Unicode text

with open("utf8.txt", "rb") as f:
    content = f.read()
    print(content)
    print(content.decode())
with open("utf8.txt", "r") as f:
    print(f.read())
    
# cat gb2312.txt
# 你好,Unicode!
# file gb2312.txt
# gb2312.txt: ISO-8859 text

with open("gb2312.txt", "r") as f:
    try:
        print(f.read())
    except:
        print("Failed to decode file!")
with open("gb2312.txt", "rb") as f:
    print(f.read().decode("gb2312"))
b"xe4xbdxa0xe5xa5xbdxefxbcx8cxe4xb8x96xe7x95x8cxefxbcx81
"
你好,世界!

你好,世界!

Failed to decode file!
你好,Unicode!


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參考

Pragmatic Unicode

字符編碼筆記:ASCII,Unicode和UTF-8

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