Python编码问题详解
继上一篇文章字符集和编码详解总结了常见字符编码后，这篇文章会对python中常见的编码问题进行分析和总结。由于python3.x版本和python2.x版本在字符编码方面有很大差异，所以本文都是以Python2.7.5来分析2.x版本中的字符编码问题。
1.Python编码基础
1.1 str和unicode
python中有两种数据模型来支持字符串这种数据类型，str和unicode，它们的基类都是basestring。比如s = "中文"就是str类型的字符串，而u=u"中文"就是一个unicode类型的字符串。unicode是由str类型的字符串解码后得到，unicode也可以编码成str类型。即
str --> decode -->unicode
unicode --> encode --> str
严格来说，str也许应该叫做字节串，因为对于UTF-8编码的str类型"中文"，使用len()函数得到的结果是6，因为UTF-8编码的str类型“中文”实际是"\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87"。而对于unicode类型u“中文”(实际是u"\u4e2d\u6587")，使用len()函数得到结果是2.
1.2 头部编码声明
在python源代码文件中如果有用到非ascii字符，比如中文，那么需要在源码文件头部声明源代码字符编码，格式如下：
#-*- coding: utf-8 -*-
这个格式看起比较复杂，其实python只检查#、coding，编码等字符串，可以简写成#coding:utf-8，甚至还可以写成#coding:u8。
2.Python2.x常见编码问题
2.1 头部编码声明和文件编码问题
文件头部编码声明决定了python解析源码中的str的编码选择方式，比如头部声明的是utf-8编码，则代码中s="中文"python就会按照utf-8编码格式来解析，通过repr(s)可以看到字符编码是"\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87"，如果头部声明的编码是gbk编码，则python会对s采用gbk编码解析，结果是"\xd6\xd0\xce\xc4"。
需要注意的是，文件本身的编码要跟文件头部声明编码一致，不然就会出现问题。文件本身的编码在Linux下面可以在vim下用命令set fenc来查看。如果文件本身编码是gbk，而源码文件头部声明的编码是utf-8，这样如果源码中有中文就会有问题了，因为本身中文str存储是按照gbk编码来的，而python在解析str的时候又以为是utf-8编码，这样就会报SyntaxError: (unicode error) 'utf8' codec can't decode byte错误。
2.2 默认编码问题
下面看个python默认编码导致的问题：
#coding: utf-8
u = u"中文"
print repr(u) # u'\u4e2d\u6587'
s = "中文"
print repr(s) # '\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
u2 = s.decode("utf-8")
print repr(u2) # u'\u4e2d\u6587'
#s2 = u.decode("utf-8") #编码错误
#u2 = s.encode("utf-8") #解码错误
注意实例中注释掉的2行代码，对于unicode最好不要直接调用decode，str最好不要直接调用encode方法。因为如果是直接调用，则相当于u.encode(default_encoding).decode("utf-8")，default_encoding是python的unicode实现中用的默认编码，即sys.getdefaultencoding()得到的编码,如果你没有设置过，那么默认编码就是ascii，如果你的unicode本身超出了ascii编码范围就会报错。同理，如果对str直接调用encode方法，那么默认会先对str进行解码，即s.decode(default_encoding).encode("utf-8"),如果str本身是中文，而default_encoding是ascii的话，解码就会出错，从而导致上面这两行会分别报UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position...错误和UnicodeDecodeError: 'ascii' codec can't decode byte 0xe4 in position...错误。
上面例子中注释掉的两行代码如果执行就会报错，当然，如果本身str或者unicode都在ascii编码范围，就没有问题。比如s = "abc"; s.encode("utf-8")就不会有问题，语句执行后会返回一个跟s的id不同的str。
那如果要解决实例1中的问题，有两种方法，其一是明确指定编码，如下所示:
#coding: utf-8
u = u"中文"
print repr(u) # u'\u4e2d\u6587'
s = "中文"
print repr(s) # '\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
u2 = s.decode("utf-8")
print repr(u2) # u'\u4e2d\u6587'
s2 = u.encode("utf-8").decode("utf-8") # OK
u2 = s.decode("utf8").encode("utf-8") # OK
第二种方法就是更改python的默认编码为文件编码格式，如下所示(这里只所以要reload sys模块，是因为python初始化后删除了setdefaultencoding方法)：
#coding:utf-8
import sys
reload(sys)
sys.setdefaultencoding("utf-8") #更改默认编码为utf-8
u = u"中文"
print repr(u) # u'\u4e2d\u6587'
s = "中文"
print repr(s) # '\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
u2 = s.decode("utf-8")
print repr(u2) # u'\u4e2d\u6587'
s2 = u.decode("utf-8")
u2 = s.encode("utf-8")
2.3读写文件编码
采用python的open()方法打开文件时，read()读取的是str，编码就是文件本身的编码。而调用write()写文件时，如果参数是unicode，则需要用指定编码encode，如果write()参数是unicode而且没有指定编码，则会采用python默认编码encode后再写入。
#coding:utf-8
f = open("testfile")
s = f.read()
f.close()
print type(s) # <type 'str'>
u = s.decode("utf-8") #testfile是utf-8编码
f = open("testfile", "w")
f.write(u.encode("gbk")) #以gbk编码写入，testfile为gbk编码
f.close()
此外，python的codecs模块提供了一个open()方法，可以指定编码打开文件，使用这个方法打开文件读取返回是unicode。写入时，如果write参数是unicode，则使用打开文件时的编码写入，如果是str，则先使用默认编码解码成unicode后再以打开文件的编码写入(这里需要注意如果str是中文，而默认编码sys.getdefaultencoding()是ascii的话会报解码错误)。
#coding:gbk
import codecs
f = codecs.open('testfile', encoding='utf-8')
u = f.read()
f.close()
print type(u) # <type 'unicode'>
f = codecs.open('testfile', 'a', encoding='utf-8')
f.write(u) #写入unicode
# 写入gbk编码的str，自动进行解码编码操作
s = '汉'
print repr(s) # '\xba\xba'
# 这里会先将GBK编码的str解码为unicode再编码为UTF-8写入
#f.write(s) #默认编码为ascii时，这会报解码错误。
f.close()
