Кодировка из международного стандарта юникод. Кодировка Unicode

Юникод (по-английски Unicode) - это стандарт кодирования символов. Проще говоря, это таблица соответствия текстовых знаков ( , букв, элементов пунктуации ) двоичным кодам. Компьютер понимает только последовательность нулей и единиц. Чтобы он знал, что именно должен отобразить на экране, необходимо присвоить каждому символу свой уникальный номер. В восьмидесятых, знаки кодировали одним байтом, то есть восемью битами (каждый бит это 0 или 1). Таким образом получалось, что одна таблица (она же кодировка или набор) может вместить только 256 знаков. Этого может не хватить даже для одного языка. Поэтому, появилось много разных кодировок, путаница с которыми часто приводила к тому, что на экране вместо читаемого текста появлялись какие-то странные кракозябры. Требовался единый стандарт, которым и стал Юникод. Самая используемая кодировка - UTF-8 (Unicode Transformation Format) для изображения символа задействует от 1 до 4 байт.

Символы

Символы в таблицах Юникода пронумерованы шестнадцатеричными числами. Например, кириллическая заглавная буква М обозначена U+041C. Это значит, что она стоит на пересечении строки 041 и столбца С. Её можно просто скопировать и потом вставить куда-либо. Чтобы не рыться в многокилометровом списке следует воспользоваться поиском. Зайдя на страницу символа, вы увидите его номер в Юникоде и способ начертания в разных шрифтах. В строку поиска можно вбить и сам знак, даже если вместо него отрисовывается квадратик, хотя бы для того, чтобы узнать, что это было. Ещё, на этом сайте есть специальные (и - случайные) наборы однотипных значков, собранные из разных разделов, для удобства их использования.

Стандарт Юникод - международный. Он включает знаки почти всех письменностей мира. В том числе и тех, которые уже не применяются. Египетские иероглифы, германские руны, письменность майя, клинопись и алфавиты древних государств. Представлены и обозначения мер и весов, нотных грамот, математических понятий.

Сам консорциум Юникода не изобретает новых символов. В таблицы добавляются те значки, которые находят своё применение в обществе. Например, знак рубля активно использовался в течении шести лет прежде чем был добавлен в Юникод. Пиктограммы эмодзи (смайлики) тоже сначала получили широкое применение в Япониии прежде чем были включены в кодировку. А вот товарные знаки, и логотипы компаний не добавляются принципиально. Даже такие распространённые как яблоко Apple или флаг Windows. На сегодняшний день, в версии 8.0 закодировано около 120 тысяч символов.

Стандарт предложен в 1991 году некоммерческой организацией «Консорциум Юникода» (англ. Unicode Consortium, Unicode Inc.). Применение этого стандарта позволяет закодировать очень большое число символов из разных письменностей: в документах Unicode могут соседствовать китайские иероглифы, математические символы, буквы греческого алфавита, латиницы и кириллицы, при этом становится ненужным переключение кодовых страниц.

Стандарт состоит из двух основных разделов: универсальный набор символов (англ. UCS, universal character set) и семейство кодировок (англ. UTF, Unicode transformation format). Универсальный набор символов задаёт однозначное соответствие символов кодам - элементам кодового пространства, представляющим неотрицательные целые числа. Семейство кодировок определяет машинное представление последовательности кодов UCS.

Стандарт Unicode был разработан с целью создания единой кодировки символов всех современных и многих древних письменных языков. Каждый символ в этом стандарте кодируется 16 битами, что позволяет ему охватить несравненно большее количество символов, чем принятые ранее 8-битовые кодировки. Еще одним важным отличием Unicode от других систем кодировки является то, что он не только приписывает каждому символу уникальный код, но и определяет различные характеристики этого символа, например:

Тип символа (прописная буква, строчная буква, цифра, знак препинания и т.д.);

Атрибуты символа (отображение слева направо или справа налево, пробел, разрыв строки и т.д.);

Соответствующая прописная или строчная буква (для строчных и прописных букв соответственно);

Соответствующее числовое значение (для цифровых символов).

Весь диапазон кодов от 0 до FFFF разбит на несколько стандартных подмножеств, каждое из которых соответствует либо алфавиту какого-то языка, либо группе специальных символов, сходных по своим функциям. На приведенной ниже схеме содержится общий перечень подмножеств Unicode 3.0 (рисунок 2).

Рисунок 2

Стандарт Unicode является основой для хранения и текста во многих современных компьютерных системах. Однако, он не совместим с большинством Интернет-протоколов, поскольку его коды могут содержать любые байтовые значения, а протоколы обычно используют байты 00 - 1F и FE - FF в качестве служебных. Для достижения совместимости были разработаны несколько форматов преобразования Unicode (UTFs, Unicode Transformation Formats), из которых на сегодня наиболее распространенным является UTF-8. Этот формат определяет следующие правила преобразования каждого кода Unicode в набор байтов (от одного до трех), пригодных для транспортировки Интернет-протоколами.

Здесь x,y,z обозначают биты исходного кода, которые должны извлекаться, начиная с младшего, и заноситься в байты результата справа налево, пока не будут заполнены все указанные позиции.

Дальнейшее развитие стандарта Unicode связано с добавлением новых языковых плоскостей, т.е. символов в диапазонах 10000 - 1FFFF, 20000 - 2FFFF и т.д., куда предполагается включать кодировку для письменностей мертвых языков, не попавших в таблицу, приведенную выше. Для кодирования этих дополнительных символов был разработан новый формат UTF-16.

Таким образом, существует 4 основных способа кодировки байтами в формате Unicode:

UTF-8: 128 символов кодируются одним байтом (формат ASCII), 1920 символов кодируются 2-мя байтами ((Roman, Greek, Cyrillic, Coptic, Armenian, Hebrew, Arabic символы), 63488 символов кодируются 3-мя байтами (Китайский, японский и др.) Оставшиеся 2 147 418 112 символы (еще не использованы) могут быть закодированы 4, 5 или 6-ю байтами.

UCS-2: Каждый символ представлен 2-мя байтами. Данная кодировка включает лишь первые 65 535 символов из формата Unicode.

UTF-16:Является расширением UCS-2, включает 1 114 112 символов формата Unicode. Первые 65 535 символов представлены 2-мя байтами, остальные - 4-мя байтами.

USC-4: Каждый символ кодируется 4-мя байтами.

Уникод или Юникод (от англ. слова Unicode ) является стандартом кодирования знаков-символов. Он даёт возможность быть представленными в кодировке почти всем письменным языкам.

В конце 1980-х роль стандарта закрепилась за 8-битными символами. 8-битные кодировки были представлены разными модификациями, число которых постоянно росло. Главным образом, это было результатом активного расширения спектра используемых языков. Имело место и стремление разработчиков придумать кодировку, претендующую хотя бы на частичную универсальность.

В итоге возникла необходимость заниматься решением нескольких проблем:

• проблемы индикации документов в некорректной кодировке. Решить её было можно, либо последовательно внедряя методы указания применяемой кодировки, либо вводя единую кодировку для всех;
• проблемы ограниченности пакета символов, решаемую либо путём переключения шрифтов в документе, либо внедряя расширенную кодировку;
• проблемы трансформирования кодировки из одной в другую, которую представлялось возможным решить либо используя промежуточное преобразование (третья кодировка), включающую символы разных кодировок, либо составляя таблицы перекодировки для каждых двух кодировок;
• проблемы дублирования отдельных шрифтов. Традиционно каждая кодировка предполагала наличие своего шрифта, даже когда кодировки полностью или частично совпадали в наборе символов. В какой-то мере проблема решалась с помощью «больших» шрифтов, из которых затем выбирались символы, нужные для конкретной кодировки. Но для того, чтобы определить степень соответствия, требовалось создать единый реестр символов.

Таким образом, на повестке дня встал вопрос о необходимости создания «широкой» единой кодировки. Используемые в Юго-восточной Азии кодировки с меняющейся длиной символа выглядели чересчур сложными в применении. Поэтому упор был сделан на использование символа, имеющего фиксированную ширину. 32-битные символы казались слишком громоздкими и победу в итоге одержали 16-битные.

Стандарт в 1991 году предложила интернет-сообществу некоммерческая организация «Консорциум Юникода» . Его использование даёт возможность закодировать большое количество символов разных видов письменности. В Unicode-документах не тесно в плотном соседстве ни китайским иероглифам, ни математическим символам, ни кириллице, ни латинице. При этом кодовые страницы в процессе работы не требуют никаких переключений.

Состоит стандарт из двух главных разделов: универсального набора символов (англ. UCS) и семейства кодировок (в английской интерпретации - UTF). Универсальным набором символов задаётся однозначная пропорциональность кодам символов. Коды в этом случае представляют собой элементы кодовой сферы, являющиеся неотрицательными целыми числами. Функция семейства кодировок - определение машинного представления последовательности UCS-кодов.

В Юникод-стандарте коды градированы по нескольким областям. Ареал с кодами, начиная с U+0000 и заканчивая U+007F, - включает символы комплекта ASCII с необходимыми кодами. Дальше находятся области символов разных письменностей, символов технических, знаков пунктуации. Отдельную партию кодов хранят в резерве для будущего применения. Под кириллицу определены следующие области символов с кодами: U+0400 - U+052F, U+2DE0 - U+2DFF, U+A640 - U+A69F.

Значение данной кодировки в веб-пространстве неумолимо растёт. Доля сайтов, применяющих Юникод, составляла в начале 2010 года почти 50 процентов.

Юникод - это очень большой и сложный мир, ведь стандарт позволяет ни много ни мало представлять и работать в компьютере со всеми основными письменностями мира. Некоторые системы письма существуют уже более тысячи лет, причём многие из них развивались почти независимо друг от друга в разных уголках мира. Люди так много всего придумали и оно зачастую настолько непохоже друг на друга, что объединить всё это в единый стандарт было крайне непростой и амбициозной задачей.

Чтобы по-настоящему разобраться с Юникодом нужно хотя бы поверхностно представлять себе особенности всех письменностей, с которыми позволяет работать стандарт. Но так ли это нужно каждому разработчику? Мы скажем, что нет. Для использования Юникода в большинстве повседневных задач, достаточно владеть разумным минимумом сведений, а дальше углубляться в стандарт по мере необходимости.

В статье мы расскажем об основных принципах Юникода и осветим те важные практические вопросы, с которыми разработчики непременно столкнутся в своей повседневной работе.

Зачем понадобился Юникод?

До появления Юникода, почти повсеместно использовались однобайтные кодировки, в которых граница между самими символами, их представлением в памяти компьютера и отображением на экране была довольно условной. Если вы работали с тем или иным национальным языком, то в вашей системе были установлены соответствующие шрифты-кодировки, которые позволяли отрисовывать байты с диска на экране таким образом, чтобы они представляли смысл для пользователя.

Если вы распечатывали на принтере текстовый файл и на бумажной странице видели набор непонятных кракозябр, это означало, что в печатающее устройство не загружены соответствующие шрифты и оно интерпретирует байты не так, как вам бы этого хотелось.

У такого подхода в целом и однобайтовых кодировок в частности был ряд существенных недостатков:

1. Можно было одновременно работать лишь с 256 символами, причём первые 128 были зарезервированы под латинские и управляющие символы, а во второй половине кроме символов национального алфавита нужно было найти место для символов псевдографики (╔ ╗).
2. Шрифты были привязаны к конкретной кодировке.
3. Каждая кодировка представляла свой набор символов и конвертация из одной в другую была возможна только с частичными потерями, когда отсутствующие символы заменялись на графически похожие.
4. Перенос файлов между устройствами под управлением разных операционных систем был затруднителен. Нужно было либо иметь программу-конвертер, либо таскать вместе с файлом дополнительные шрифты. Существование Интернета каким мы его знаем было невозможным.
5. В мире существуют неалфавитные системы письма (иероглифическая письменность), которые в однобайтной кодировке непредставимы в принципе.

Основные принципы Юникода

Все мы прекрасно понимаем, что компьютер ни о каких идеальных сущностях знать не знает, а оперирует битами и байтами. Но компьютерные системы пока создают люди, а не машины, и для нас с вами иногда бывает удобнее оперировать умозрительными концепциями, а затем уже переходить от абстрактного к конкретному.

Важно! Одном из центральных принципов в философии Юникода является чёткое разграничение между символами, их представлением в компьютере и их отображением на устройстве вывода.

Вводится понятие абстрактного юникод-символа, существующего исключительно в виде умозрительной концепции и договорённости между людьми, закреплённой стандартом. Каждому юникод-символу поставлено в соответствие неотрицательное целое число, именуемое его кодовой позицией (code point).

Так, например, юникод-символ U+041F - это заглавная кириллическая буква П. Существует несколько возможностей представления данного символа в памяти компьютера, ровно как и несколько тысяч способов отображения его на экране монитора. Но при этом П, оно и в Африке будет П или U+041F.

Это хорошо нам знакомая инкапсуляция или отделение интерфейса от реализации - концепция, отлично зарекомендовавшая себя в программировании.

Получается, что руководствуясь стандартом, любой текст можно закодировать в виде последовательности юникод-символов

Привет U+041F U+0440 U+0438 U+0432 U+0435 U+0442

записать на листочке, упаковать в конверт и переслать в любой конец Земли. Если там знают о существовании Юникода, то текст будет воспринят ими ровно так же, как и нами с вами. У них не будет ни малейших сомнений, что предпоследний символ - это именно кириллическая строчная е (U+0435), а не скажем латинская маленькая e (U+0065). Обратите внимание, что мы ни слова не сказали о байтовом представлении.

Кодовое пространство Юникода

Кодовое пространство Юникода состоит из 1 114 112 кодовых позиций в диапазоне от 0 до 10FFFF. Из них к девятой версии стандарта значения присвоены лишь 128 237. Часть пространства зарезервирована для частного использования и консорциум Юникода обещает никогда не присваивать значения позициям из этих специальный областей.

Ради удобства всё пространство поделено на 17 плоскостей (сейчас задействовано шесть их них). До недавнего времени было принято говорить, что скорее всего вам придётся столкнуться только с базовой многоязыковой плоскостью (Basic Multilingual Plane, BMP), включающей в себя юникод-символы от U+0000 до U+FFFF. (Забегая немного вперёд: символы из BMP представляются в UTF-16 двумя байтами, а не четырьмя). В 2016 году этот тезис уже вызывает сомнения. Так, например, популярные символы Эмодзи вполне могут встретиться в пользовательском сообщении и нужно уметь их корректно обрабатывать.

Кодировки

Если мы хотим переслать текст через Интернет, то нам потребуется закодировать последовательность юникод-символов в виде последовательности байтов.

Стандарт Юникода включает в себя описание ряда юникод-кодировок, например UTF-8 и UTF-16BE/UTF-16LE, которые позволяют кодировать всё пространство кодовых позиций. Конвертация между этими кодировками может свободно осуществляться без потерь информации.

Также никто не отменял однобайтные кодировки, но они позволяют закодировать свой индивидуальный и очень узкий кусочек юникод-спектра - 256 или менее кодовых позиций. Для таких кодировок существуют и доступны всем желающим таблицы, где каждому значению единственного байта сопоставлен юникод-символ (см. например CP1251.TXT). Несмотря на ограничения, однобайтные кодировки оказываются весьма практичными, если речь идёт о работе с большим массивом моноязыковой текстовой информации.

Из юникод-кодировок самой распространённой в Интернете является UTF-8 (она завоевала пальму первенства в 2008 году), главным образом благодаря её экономичности и прозрачной совместимости с семибитной ASCII. Латинские и служебные символы, основные знаки препинания и цифры - т.е. все символы семибитной ASCII - кодируются в UTF-8 одним байтом, тем же, что и в ASCII. Символы многих основных письменностей, не считая некоторых более редких иероглифических знаков, представлены в ней двумя или тремя байтами. Самая большая из определённых стандартом кодовых позиций - 10FFFF - кодируется четырьмя байтами.

Обратите внимание, что UTF-8 - это кодировка с переменной длиной кода. Каждый юникод-символ в ней представляется последовательностью кодовых квантов с минимальной длиной в один квант. Число 8 означает битовую длину кодового кванта (code unit) - 8 бит. Для семейства кодировок UTF-16 размер кодового кванта составляет, соответственно, 16 бит. Для UTF-32 - 32 бита.

Если вы пересылаете по сети HTML-страницу с кириллическим текстом, то UTF-8 может дать весьма ощутимый выигрыш, т.к. вся разметка, а также JavaScript и CSS блоки будут эффективно кодироваться одним байтом. К примеру главная страница Хабра в UTF-8 занимает 139Кб, а в UTF-16 уже 256Кб. Для сравнения, если использовать win-1251 с потерей возможности сохранять некоторые символы, то размер сократится всего на 11Кб.

Для хранения строковой информации в приложениях часто используются 16-битные юникод-кодировки в силу их простоты, а так же того факта, что символы основных мировых систем письма кодируются одним шестнадцатибитовым квантом. Так, например, Java для внутреннего представления строк успешно применяет UTF-16. Операционная система Windows внутри себя также использует UTF-16.

В любом случае, пока мы остаёмся в пространстве Юникода, не так уж и важно, как хранится строковая информация в рамках отдельного приложения. Если внутренний формат хранения позволяет корректно кодировать все миллион с лишним кодовых позиций и на границе приложения, например при чтении из файла или копировании в буфер обмена, не происходит потерь информации, то всё хорошо.

Для корректной интерпретации текста, прочитанного с диска или из сетевого сокета, необходимо сначала определить его кодировку. Это делается либо с использованием метаинформации, предоставленной пользователем, записанной в тексте или рядом с ним, либо определяется эвристически.

В сухом остатке

Информации много и имеет смысл привести краткую выжимку всего, что было написано выше:

• Юникод постулирует чёткое разграничение между символами, их представлением в компьютере и их отображением на устройстве вывода.
• Кодовое пространство Юникода состоит из 1 114 112 кодовых позиций в диапазоне от 0 до 10FFFF.
• Базовая многоязыковая плоскость включает в себя юникод-символы от U+0000 до U+FFFF, которые кодируются в UTF-16 двумя байтами.
• Любая юникод-кодировка позволяет закодировать всё пространство кодовых позиций Юникода и конвертация между различными такими кодировками осуществляется без потерь информации.
• Однобайтные кодировки позволяют закодировать лишь небольшую часть юникод-спектра, но могут оказаться полезными при работе с большим объёмом моноязыковой информации.
• Кодировки UTF-8 и UTF-16 обладают переменной длиной кода. В UTF-8 каждый юникод-символ может быть закодирован одним, двумя, тремя или четырьмя байтами. В UTF-16 - двумя или четырьмя байтами.
• Внутренний формат хранения текстовой информации в рамках отдельного приложения может быть произвольным при условии корректной работы со всем пространством кодовых позиций Юникода и отсутствии потерь при трансграничной передаче данных.

Краткое замечание про кодирование

С термином кодирование может произойти некоторая путаница. В рамках Юникода кодирование происходит дважды. Первый раз кодируется набор символов Юникода (character set), в том смысле, что каждому юникод-символу ставится с соответствие кодовая позиция. В рамках этого процесса набор символов Юникода превращается в кодированный набор символов (coded character set). Второй раз последовательность юникод-символов преобразуется в строку байтов и этот процесс также называется кодирование.

В англоязычной терминологии существуют два разных глагола to code и to encode, но даже носители языка зачастую в них путаются. К тому же термин набор символов (character set или charset) используется в качестве синонима к термину кодированный набор символов (coded character set).

Всё это мы говорим к тому, что имеет смысл обращать внимание на контекст и различать ситуации, когда речь идёт о кодовой позиции абстрактного юникод-символа и когда речь идёт о его байтовом представлении.

В заключение

В Юникоде так много различных аспектов, что осветить всё в рамках одной статьи невозможно. Да и ненужно. Приведённой выше информации вполне достаточно, чтобы не путаться в основных принципах и работать с текстом в большинстве повседневных задач (читай: не выходя за рамки BMP). В следующих статьях мы расскажем о нормализации, дадим более полный исторический обзор развития кодировок, побеседуем о проблемах русскоязычной юникод-терминологии, а также сделаем материал о практических аспектах использования UTF-8 и UTF-16.

Юникод

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

Перейти к: навигация , поиск

Юнико́д (чаще всего) или Унико́д (англ. Unicode ) - стандарт кодирования символов , позволяющий представить знаки практически всех письменных языков .

Стандарт предложен в 1991 году некоммерческой организацией «Консорциум Юникода» (англ. Unicode Consortium , Unicode Inc . ). Применение этого стандарта позволяет закодировать очень большое число символов из разных письменностей: в документах Unicode могут соседствовать китайские иероглифы , математические символы, буквы греческого алфавита , латиницы и кириллицы , при этом становится ненужным переключение кодовых страниц .

Стандарт состоит из двух основных разделов: универсальный набор символов (англ. UCS, universal character set ) и семейство кодировок (англ . UTF, Unicode transformation format ). Универсальный набор символов задаёт однозначное соответствие символов кодам - элементам кодового пространства, представляющим неотрицательные целые числа. Семейство кодировок определяет машинное представление последовательности кодов UCS.

Коды в стандарте Юникод разделены на несколько областей. Область с кодами от U+0000 до U+007F содержит символы набора ASCII с соответствующими кодами. Далее расположены области знаков различных письменностей, знаки пунктуации и технические символы. Часть кодов зарезервирована для использования в будущем. Под символы кириллицы выделены области знаков с кодами от U+0400 до U+052F, от U+2DE0 до U+2DFF, от U+A640 до U+A69F (см. Кириллица в Юникоде ).

Предпосылки создания и развитие Юникода

К концу 1980-х годов стандартом стали 8-битные символы, при этом существовало множество разных 8-битных кодировок, и постоянно появлялись всё новые. Это объяснялось как постоянным расширением круга поддерживаемых языков, так и стремлением создать кодировку, частично совместимую с какой-нибудь другой (характерный пример - появление альтернативной кодировки для русского языка, обусловленное эксплуатацией западных программ, созданных для кодировки CP437 ). В результате появилось несколько проблем:

Проблема «кракозябр » (отображения документов в неправильной кодировке): её можно было решить либо последовательным внедрением методов указания используемой кодировки, либо внедрением единой для всех кодировки.

Проблема ограниченности набора символов: её можно было решить либо переключением шрифтов внутри документа, либо внедрением «широкой» кодировки. Переключение шрифтов издавна практиковалось в текстовых процессорах , причём часто использовались шрифты с нестандартной кодировкой , т. н. «dingbat fonts» - в итоге при попытке перенести документ в другую систему все нестандартные символы превращались в кракозябры.

Проблема преобразования одной кодировки в другую: её можно было решить либо составлением таблиц перекодировки для каждой пары кодировок, либо использованием промежуточного преобразования в третью кодировку, включающую все символы всех кодировок.

Проблема дублирования шрифтов: традиционно для каждой кодировки делался свой шрифт, даже если эти кодировки частично (или полностью) совпадали по набору символов: эту проблему можно было решить, делая «большие» шрифты, из которых потом выбираются нужные для данной кодировки символы - однако это требует создания единого реестра символов, чтобы определять, чему что соответствует.

Было признано необходимым создание единой «широкой» кодировки. Кодировки с переменной длиной символа, широко использующиеся в Восточной Азии, были признаны слишком сложными в использовании, поэтому было решено использовать символы фиксированной ширины. Использование 32-битных символов казалось слишком расточительным, поэтому было решено использовать 16-битные.

Таким образом, первая версия Юникода представляла собой кодировку с фиксированным размером символа в 16 бит, то есть общее число кодов было 2 16 (65 536). Отсюда происходит практика обозначения символов четырьмя шестнадцатеричными цифрами (например, U+04F0). При этом в Юникоде планировалось кодировать не все существующие символы, а только те, которые необходимы в повседневном обиходе. Редко используемые символы должны были размещаться в «области пользовательских символов» (private use area), которая первоначально занимала коды U+D800…U+F8FF. Чтобы использовать Юникод также и в качестве промежуточного звена при преобразовании разных кодировок друг в друга, в него включили все символы, представленные во всех наиболее известных кодировках.

В дальнейшем, однако, было принято решение кодировать все символы и в связи с этим значительно расширить кодовую область. Одновременно с этим, коды символов стали рассматриваться не как 16-битные значения, а как абстрактные числа, которые в компьютере могут представляться множеством разных способов (см. Способы представления ).

Поскольку в ряде компьютерных систем (например, Windows NT ) фиксированные 16-битные символы уже использовались в качестве кодировки по умолчанию, было решено все наиболее важные знаки кодировать только в пределах первых 65 536 позиций (так называемая англ. basic multilingual plane , BMP ). Остальное пространство используется для «дополнительных символов» (англ. supplementary characters ): систем письма вымерших языков или очень редко используемых китайских иероглифов, математических и музыкальных символов.

Для совместимости со старыми 16-битными системами была изобретена система UTF-16 , где первые 65 536 позиций, за исключением позиций из интервала U+D800…U+DFFF, отображаются непосредственно как 16-битные числа, а остальные представляются в виде «суррогатных пар» (первый элемент пары из области U+D800…U+DBFF, второй элемент пары из области U+DC00…U+DFFF). Для суррогатных пар была использована часть кодового пространства (2048 позиций), ранее отведённого для «символов для частного использования».

Поскольку в UTF-16 можно отобразить только 2 20 +2 16 −2048 (1 112 064) символов, то это число и было выбрано в качестве окончательной величины кодового пространства Юникода.

Хотя кодовая область Юникода была расширена за пределы 2 16 уже в версии 2.0, первые символы в «верхней» области были размещены только в версии 3.1.

Роль этой кодировки в веб-секторе постоянно растёт, на начало 2010 доля веб-сайтов, использующих Юникод, составила около 50 %.

Версии Юникода

По мере изменения и пополнения таблицы символов системы Юникода и выхода новых версий этой системы, - а эта работа ведётся постоянно, поскольку изначально система Юникод включала только Plane 0 - двухбайтные коды, - выходят и новые документы ISO . Система Юникод существует в общей сложности в следующих версиях:

1.1 (соответствует стандарту ISO/IEC 10646-1:1993 ), стандарт 1991-1995 годов.

2.0, 2.1 (тот же стандарт ISO/IEC 10646-1:1993 плюс дополнения: «Amendments» с 1-го по 7-е и «Technical Corrigenda» 1 и 2), стандарт 1996 года.

3.0 (стандарт ISO/IEC 10646-1:2000), стандарт 2000 года.

3.1 (стандарты ISO/IEC 10646-1:2000 и ISO/IEC 10646-2:2001), стандарт 2001 года.

3.2, стандарт 2002 года .

4.0, стандарт 2003 .

4.01, стандарт 2004 .

4.1, стандарт 2005 .

5.0, стандарт 2006 .

5.1, стандарт 2008 .

5.2, стандарт 2009 .

6.0, стандарт 2010 .

6.1, стандарт 2012 .

6.2, стандарт 2012 .

Кодовое пространство

Хотя формы записи UTF-8 и UTF-32 позволяют кодировать до 2 31 (2 147 483 648) кодовых позиций, было принято решение использовать лишь 1 112 064 для совместимости с UTF-16. Впрочем, даже и этого на текущий момент более чем достаточно - в версии 6.0 используется чуть менее 110 000 кодовых позиций (109 242 графических и 273 прочих символов).

Кодовое пространство разбито на 17 плоскостей по 2 16 (65536) символов. Нулевая плоскость называется базовой , в ней расположены символы наиболее употребительных письменностей. Первая плоскость используется, в основном, для исторических письменностей, вторая - для редко используемых иероглифов ККЯ , третья зарезервирована для архаичных китайских иероглифов . Плоскости 15 и 16 выделены для частного употребления.

Для обозначения символов Unicode используется запись вида «U+xxxx » (для кодов 0…FFFF), или «U+xxxxx » (для кодов 10000…FFFFF), или «U+xxxxxx » (для кодов 100000…10FFFF), где xxx - шестнадцатеричные цифры. Например, символ «я» (U+044F) имеет код 044F 16 = 1103 10 .

Система кодирования

Универсальная система кодирования (Юникод) представляет собой набор графических символов и способ их кодирования для компьютерной обработки текстовых данных.

Графические символы - это символы, имеющие видимое изображение. Графическим символам противопоставляются управляющие символы и символы форматирования.

Графические символы включают в себя следующие группы:

• знаки пунктуации;

  специальные знаки (математические , технические, идеограммы и пр.);

  разделители.

Юникод - это система для линейного представления текста. Символы, имеющие дополнительные над- или подстрочные элементы, могут быть представлены в виде построенной по определённым правилам последовательности кодов (составной вариант, composite character) или в виде единого символа (монолитный вариант, precomposed character).

Модифицирующие символы

Представление символа «Й» (U+0419) в виде базового символа «И» (U+0418) и модифицирующего символа « ̆» (U+0306)

Графические символы в Юникоде подразделяются на протяжённые и непротяжённые (бесширинные). Непротяжённые символы при отображении не занимают места в строке . К ним относятся, в частности, знаки ударения и прочие диакритические знаки . Как протяжённые, так и непротяжённые символы имеют собственные коды. Протяжённые символы иначе называются базовыми (англ. base characters ), а непротяжённые - модифицирующими (англ. combining characters ); причём последние не могут встречаться самостоятельно. Например, символ «á» может быть представлен как последовательность базового символа «a» (U+0061) и модифицирующего символа « ́» (U+0301) или как монолитный символ «á» (U+00C1).

Особый тип модифицирующих символов - селекторы варианта начертания (англ. variation selectors ). Они действуют только на те символы, для которых такие варианты определены. В версии 5.0 варианты начертания определены для ряда математических символов, для символов традиционного монгольского алфавита и для символов монгольского квадратного письма .

Формы нормализации

Поскольку одни и те же символы можно представить различными кодами, что иногда затрудняет обработку, существуют процессы нормализации, предназначенные для приведения текста к определённому стандартному виду.

В стандарте Юникода определены 4 формы нормализации текста:

Форма нормализации D (NFD) - каноническая декомпозиция. В процессе приведения текста в эту форму все составные символы рекурсивно заменяются на несколько составных, в соответствии с таблицами декомпозиции.

Форма нормализации C (NFC) - каноническая декомпозиция с последующей канонической композицией. Сначала текст приводится к форме D, после чего выполняется каноническая композиция - текст обрабатывается от начала к концу и выполняются следующие правила:

• Символ S является начальным , если он имеет нулевой класс модификации в базе символов Юникода.

  В любой последовательности символов, стартующей с начального символа S, символ C блокируется от S, если и только если между S и C есть какой-либо символ B, который или является начальным, или имеет одинаковый или больший класс модификации, чем C. Это правило распространяется только на строки, прошедшие каноническую декомпозицию.

  Первичным композитом считается символ, у которого есть каноническая декомпозиция в базе символов Юникода (или каноническая декомпозиция для хангыля и он не входит в список исключений ).

  Символ X может быть первично совмещён с символом Y, если и только если существует первичный композит Z, канонически эквивалентный последовательности .

  Если очередной символ C не блокируется последним встреченным начальным базовым символом L и он может быть успешно первично совмещён с ним, то L заменяется на композит L-C, а C удаляется.

Форма нормализации KD (NFKD) - совместимая декомпозиция. При приведении в эту форму все составные символы заменяются, используя как канонические карты декомпозиции Юникода, так и совместимые карты декомпозиции, после чего результат ставится в каноническом порядке.

Форма нормализации KC (NFKC) - совместимая декомпозиция с последующей канонической композицией.

Термины «композиция» и «декомпозиция» понимают под собой соответственно соединение или разложение символов на составные части.

Примеры

Двунаправленное письмо

Стандарт Юникод поддерживает письменности языков как с направлением написания слева направо (англ. left - to - right , LTR ), так и с написанием справа налево (англ. right - to - left , RTL ) - например, арабское и еврейское письмо. В обоих случаях символы хранятся в «естественном» порядке; их отображение с учётом нужного направления письма обеспечивается приложением.

Кроме того, Юникод поддерживает комбинированные тексты, сочетающие фрагменты с разным направлением письма. Данная возможность называется двунаправленность (англ. bidirectional text , BiDi ). Некоторые упрощённые обработчики текста (например, в сотовых телефонах) могут поддерживать Юникод, но не иметь поддержки двунаправленности. Все символы Юникода поделены на несколько категорий: пишущиеся слева направо, пишущиеся справа налево, и пишущиеся в любом направлении. Символы последней категории (в основном это знаки пунктуации ) при отображении принимают направление окружающего их текста.

Представленные символы

Основная статья: Символы, представленные в Юникоде

Схема базовой плоскости Unicode, см. описание

Юникод включает практически все современные письменности , в том числе:

арабскую ,

армянскую ,

бенгальскую ,

бирманскую ,

глаголицу ,

греческую ,

грузинскую ,

деванагари ,

еврейскую ,

кириллицу ,

китайскую (китайские иероглифы активно используются в японском языке , а также достаточно редко в корейском ),

коптскую ,

кхмерскую ,

латинскую ,

тамильскую ,

корейскую (хангыль) ,

чероки ,

эфиопскую ,

японскую (которая включает в себя кроме китайских иероглифов ещё и слоговую азбуку ),

и другие.

С академическими целями добавлены многие исторические письменности, в том числе: германские руны , древнетюркские руны , древнегреческая , египетские иероглифы , клинопись , письменность майя , этрусский алфавит .

В Юникоде представлен широкий набор математических и музыкальных символов, а также пиктограмм .

Однако в Юникод принципиально не включаются логотипы компаний и продуктов, хотя они и встречаются в шрифтах (например, логотип Apple в кодировке MacRoman (0xF0) или логотип Windows в шрифте Wingdings (0xFF)). В юникодовских шрифтах логотипы должны размещаться только в области пользовательских символов.

ISO/IEC 10646

Консорциум Юникода работает в тесной связи с рабочей группой ISO/IEC/JTC1/SC2/WG2, которая занимается разработкой международного стандарта 10646 (ISO /IEC 10646). Между стандартом Юникода и ISO/IEC 10646 установлена синхронизация, хотя каждый стандарт использует свою терминологию и систему документации.

Сотрудничество Консорциума Юникода с Международной организацией по стандартизации (англ. International Organization for Standardization, ISO ) началось в 1991 году . В 1993 году ISO выпустила стандарт DIS 10646.1. Для синхронизации с ним Консорциум утвердил стандарт Юникода версии 1.1, в который были внесены дополнительные символы из DIS 10646.1. В результате значения закодированных символов в Unicode 1.1 и DIS 10646.1 полностью совпали.

В дальнейшем сотрудничество двух организаций продолжилось. В 2000 году стандарт Unicode 3.0 был синхронизирован с ISO/IEC 10646-1:2000. Предстоящая третья версия ISO/IEC 10646 будет синхронизирована с Unicode 4.0. Возможно, эти спецификации даже будут опубликованы как единый стандарт.

Аналогично форматам UTF-16 и UTF-32 в стандарте Юникода, стандарт ISO/IEC 10646 также имеет две основные формы кодирования символов: UCS-2 (2 байта на символ, аналогично UTF-16) и UCS-4 (4 байта на символ, аналогично UTF-32). UCS значит универсальный многооктетный (многобайтовый) кодированный набор символов (англ. universal multiple - octet coded character set ). UCS-2 можно считать подмножеством UTF-16 (UTF-16 без суррогатных пар), а UCS-4 является синонимом для UTF-32.

Способы представления

Юникод имеет несколько форм представления (англ. Unicode transformation format, UTF ): UTF-8 , UTF-16 (UTF-16BE, UTF-16LE) и UTF-32 (UTF-32BE, UTF-32LE). Была разработана также форма представления UTF-7 для передачи по семибитным каналам, но из-за несовместимости с ASCII она не получила распространения и не включена в стандарт. 1 апреля 2005 года были предложены две шуточные формы представления: UTF-9 и UTF-18 (RFC 4042 ).

В Microsoft Windows NT и основанных на ней системах Windows 2000 и Windows XP в основном используется форма UTF-16LE. В UNIX -подобных операционных системах GNU/Linux , BSD и Mac OS X принята форма UTF-8 для файлов и UTF-32 или UTF-8 для обработки символов в оперативной памяти .

Punycode - другая форма кодирования последовательностей Unicode-символов в так называемые ACE-последовательности, которые состоят только из алфавитно-цифровых символов, как это разрешено в доменных именах.

Основная статья: UTF-8

UTF-8 - представление Юникода, обеспечивающее наилучшую совместимость со старыми системами, использовавшими 8-битные символы. Текст, состоящий только из символов с номером меньше 128, при записи в UTF-8 превращается в обычный текст ASCII . И наоборот, в тексте UTF-8 любой байт со значением меньше 128 изображает символ ASCII с тем же кодом. Остальные символы Юникода изображаются последовательностями длиной от 2 до 6 байт (на деле, только до 4 байт, поскольку в Юникоде нет символов с кодом больше 10FFFF, и вводить их в будущем не планируется), в которых первый байт всегда имеет вид 11xxxxxx, а остальные - 10xxxxxx.

Формат UTF-8 был изобретён 2 сентября 1992 года Кеном Томпсоном и Робом Пайком и реализован в Plan 9 . Сейчас стандарт UTF-8 официально закреплён в документах RFC 3629 и ISO/IEC 10646 Annex D.

Символы UTF-8 получаются из Unicode следующим образом :

0x00000000 - 0x0000007F: 0xxxxxxx

0x00000080 - 0x000007FF: 110xxxxx 10xxxxxx

0x00000800 - 0x0000FFFF: 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

0x00010000 - 0x001FFFFF: 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

Теоретически возможны, но не включены в стандарт также:

0x00200000 - 0x03FFFFFF: 111110xx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

0x04000000 - 0x7FFFFFFF: 1111110x 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

Несмотря на то, что UTF-8 позволяет указать один и тот же символ несколькими способами, только наиболее короткий из них правильный. Остальные формы должны отвергаться по соображениям безопасности.

Порядок байтов

В потоке данных UTF-16 старший байт может записываться либо перед младшим (англ. UTF-16 little-endian ), либо после младшего (англ . UTF-16 big-endian ). Аналогично существует два варианта четырёхбайтной кодировки - UTF-32LE и UTF-32BE.

Для определения формата представления Юникода в начало текстового файла записывается сигнатура - символ U+FEFF (неразрывный пробел с нулевой шириной), также именуемый меткой порядка байтов (англ. byte order mark , BOM ). Это позволяет различать UTF-16LE и UTF-16BE, поскольку символа U+FFFE не существует. Также этот способ иногда применяется для обозначения формата UTF-8, хотя к этому формату и неприменимо понятие порядка байтов. Файлы, следующие этому соглашению, начинаются с таких последовательностей байтов:

К сожалению, этот способ не позволяет надёжно различать UTF-16LE и UTF-32LE, поскольку символ U+0000 допускается Юникодом (хотя реальные тексты редко начинаются с него).

Файлы в кодировках UTF-16 и UTF-32, не содержащие BOM, должны иметь порядок байтов big-endian (unicode.org ).

Юникод и традиционные кодировки

Внедрение Юникода привело к изменению подхода к традиционным 8-битным кодировкам. Если раньше кодировка задавалась шрифтом, то теперь она задаётся таблицей соответствия между данной кодировкой и Юникодом. Фактически 8-битные кодировки превратились в форму представления некоторого подмножества Юникода. Это намного упростило создание программ, которые должны работать с множеством разных кодировок: теперь, чтобы добавить поддержку ещё одной кодировки, надо всего лишь добавить ещё одну таблицу перекодировки в Юникод.

Кроме того, многие форматы данных позволяют вставлять любые символы Юникода, даже если документ записан в старой 8-битной кодировке. Например, в HTML можно использовать коды с амперсандом .

Реализации

Большинство современных операционных систем в той или иной степени обеспечивают поддержку Юникода.

В операционных системах семейства Windows NT для внутреннего представления имён файлов и других системных строк используется двухбайтовая кодировка UTF-16LE. Системные вызовы, принимающие строковые параметры, существуют в однобайтном и двухбайтном вариантах. Подробнее см. в статье .

UNIX -подобные операционные системы, в том числе GNU/Linux , BSD , Mac OS X , используют для представления Юникода кодировку UTF-8. Большинство программ могут работать с UTF-8 как с традиционными однобайтными кодировками, не обращая внимания на то, что символ представляется как несколько последовательных байт. Для работы с отдельными символами строки обычно перекодируются в UCS-4, так что каждому символу соответствует машинное слово .

Одной из первых успешных коммерческих реализаций Юникода стала среда программирования Java . В ней принципиально отказались от 8-битного представления символов в пользу 16-битного. Это решение увеличивало расход памяти, но позволило вернуть в программирование важную абстракцию: произвольный одиночный символ (тип char). В частности, программист мог работать со строкой, как с простым массивом. К сожалению, успех не был окончательным, Юникод перерос ограничение в 16 бит и к версии J2SE 5.0 произвольный символ снова стал занимать переменное число единиц памяти - один char или два (см. суррогатная пара ).

Сейчас большинство языков программирования поддерживают строки Юникода, хотя их представление может различаться в зависимости от реализации.

Методы ввода

Поскольку ни одна раскладка клавиатуры не может позволить вводить все символы Юникода одновременно, от операционных систем и прикладных программ требуется поддержка альтернативных методов ввода произвольных символов Юникода.

Microsoft Windows

Основная статья: Юникод в операционных системах Microsoft

Начиная с Windows 2000 , служебная программа «Таблица символов» (charmap.exe) показывает все символы в ОС и позволяет копировать их в буфер обмена . Похожая таблица есть, например, в Microsoft Word .

Иногда можно набрать шестнадцатеричный код, нажать Alt +X, и код будет заменён на соответствующий символ, например, в WordPad , Microsoft Word. В редакторах Alt+X выполняет и обратное преобразование.

Во многих программах MS Windows, чтобы получить символ Unicode, нужно при нажатой клавише Alt набрать десятичное значение кода символа на цифровой клавиатуре. Например, полезными при наборе кириллических текстов будут комбинации Alt+0171 («) и Alt+0187 (»). Интересны также комбинации Alt+0133 (…) и Alt+0151 (-).

Macintosh

В Mac OS 8.5 и более поздних версиях поддерживается метод ввода, называемый «Unicode Hex Input». При зажатой клавише Option требуется набрать четырёхзначный шестнадцатеричный код требуемого символа. Этот метод позволяет вводить символы с кодами, большими U+FFFF, используя пары суррогатов; такие пары операционной системой будут автоматически заменены на одиночные символы. Этот метод ввода перед использованием нужно активизировать в соответствующем разделе системных настроек и затем выбрать как текущий метод ввода в меню клавиатуры.

Начиная с Mac OS X 10.2, существует также приложение «Character Palette», позволяющее выбирать символы из таблицы, в которой можно выделять символы определённого блока или символы, поддерживаемые конкретным шрифтом.

GNU/Linux

В GNOME также есть утилита «Таблица символов», позволяющая отображать символы определённого блока или системы письма и предоставляющая возможность поиска по названию или описанию символа. Когда код нужного символа известен, его можно ввести в соответствии со стандартом ISO 14755: при зажатых клавишах Ctrl + ⇧ Shift ввести шестнадцатеричный код (начиная с некоторой версии GTK+ ввод кода нужно предварить нажатием клавиши «U» ). Вводимый шестнадцатеричный код может иметь до 32 бит в длину, позволяя вводить любые символы Юникода без использования суррогатных пар.