Python 中的编码与解码

1、一些概念

• 比特 / bit：计算机中最小的数据单位，是单个的二进制数值 0 或 1
• 字节 / byte：计算机存储数据的单元，1 个字节由 8 个比特组成
• 字符：人类能够识别的符号
• 编码：将人类可识别的字符转换为机器可识别的字节码 / 字节序列，反向过程叫解码
• 概述：
  Unicode 是人类可识别的字符格式
  ASCII 、UTF-8、GBK 等都是机器可识别的字节码格式
  我们写在文件中的 py3 代码，是由字符组成的，它们的格式，就是 Unicode
  而字符是以字节为存储单位保存在文件中，文件保存在内存 / 物理磁盘中

2、编码格式

Python2 的默认编码是 ASCII，不能识别中文字符，需要显式指定字符编码
Python3 的默认编码为 Unicode，可以识别中文字符

编码格式	字节数	说明
ASCII	1	只有数字、大小写字母和几个标点符号
Unicode	2 / 4	把所有语言统一编到一套编码里，避免乱码
UTF-8	1 - 6	由 Unicode 进化而来，避免浪费空间

计算机内存中的数据，统一使用 Unicode 编码
数据传输或保存到硬盘上，使用 UTF-8 编码

3、编码和解码

• 编码 / encode：将 Unicode 字符串转换为特定编码格式对应的字节码的过程
• 解码 / decode：将特定编码格式的字节码转换为对应的 Unicode 字符串的过程

In [43]: '美丽人生'.encode('gbk')
Out[43]: b'\xc3\xc0\xc0\xf6\xc8\xcb\xc9\xfa'

In [44]: b'\xc3\xc0\xc0\xf6\xc8\xcb\xc9\xfa'.decode('gbk')
Out[44]: '美丽人生'

In [45]: '美丽人生'.encode('utf-8')
Out[45]: b'\xe7\xbe\x8e\xe4\xb8\xbd\xe4\xba\xba\xe7\x94\x9f'

In [46]: b'\xe7\xbe\x8e\xe4\xb8\xbd\xe4\xba\xba\xe7\x94\x9f'.decode('utf-8')
Out[46]: '美丽人生'

In [47]: b'\xc3\xc0\xc0\xf6\xc8\xcb\xc9\xfa'.decode('gbk').encode('utf-8')
Out[47]: b'\xe7\xbe\x8e\xe4\xb8\xbd\xe4\xba\xba\xe7\x94\x9f'

上面这种以 b 开头的就是字节码，一个斜杠就是一个字节
可见，一个常用汉字用 GBK 格式编码后占 2 个字节，用 UTF-8 格式编码后占 3 个字节
因为存储或传输时，也用UTF-8 编码，所以一个汉字占的空间就是 3 个字节
字符串长度和字节码长度：

In [61]: len('美丽人生')
Out[61]: 4

In [62]: len(b'\xe7\xbe\x8e\xe4\xb8\xbd\xe4\xba\xba\xe7\x94\x9f')
Out[62]: 12

4、Python3 的默认编码

• 例如我们用编辑器打开一个文件，输入 a，这个 a 就是 Uincode 字符
  当我们保存文件，这个字符就会根据编辑器的设置
  被转换为对应的编码格式的字节码保存到系统硬盘
  这是一个 encode 过程
• Python 解释器执行文件时
  先将文件字节码按照指定的编码格式解码为字符，然后运行程序
  这是一个 decode 过程
• 指定编码，在文件开头，例如
  Python 文件通常这样写：# -*- coding:utf-8 -*-
  HTML 文件通常这样写：<meta charset='utf-8'>
  意思就是该文件是 UTF-8 编码格式，按这个格式解码
• 上文提到 Python3 的默认编码是 UTF-8
  即如果文件未标明编码格式，解释器会自动按照 UTF-8 来解码
  当解释器无法通过指定的或默认的编码格式对文件进行转换 / 解码时
  就会出现解码错误：UnicodeEncodeError

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