Unicode 字符和UTF编码的理解

　　Unicode 编码的由来

　　我们都知道，计算机的内部全部是由二进制数字0， 1 组成的， 那么计算机就没有办法保存我们的文字， 这怎么行呢？ 于是美国人就想了一个办法（计算机是由美国人发明的），也把文字转化成数字，计算机不就能够保存文字了，所以美国人就制定了一张表，规定了文字与数字的一一对应，字符A  就对应数字65， 字符B 就对应数字66， 这张表就是著名的ASCII 码表。由于美国人的文字比较少，就是a, b, c d 等等， 对应完了，发现一共使用了128个数字，这也太少了，一个字节都没有使用了，所以就决定用一个字节来表示一个字符， 所以对于ASCII 码来说，一个字符在计算机中就占用一个字节。码表制定好了，生产计算机的时候直接把码表内置到计算机中就可以了。

　　但是随着计算机的推广，它到达了欧洲，亚洲，这就有点问题了，因为计算机中只有英文，它不可能表达 和书写其他国家的语言，比如汉语，日语等等， 这肯定也是不行的。于是各个国家的政府就制定各自的码表， 好让计算机也能表示本国的语言，就拿我国来说吧，GBK, GB2313 码表就出现了。 这就会出现一个问题，相同的数字在不同的码表中对应的文字可能不同， 这就有可能造成乱码。国际友人发了一封电子邮件过来，打开一看乱码了，各国之间的文件不能够交换使用。这时国际标准化组织就想把各国的字符都统一起来，把它们放到一张码表中，如果计算机中都内置这张表，那就不会出现乱码了。和ASCII码的想法一致，在这张表中，也是给每一个字符都分配一个独一无二的数字。这张表就是Unicode码表或Unicode编码字符集，这每一个字符对应的数字称之为做码点(Code Point). 码表的样子如下

　　Unicode 字符集在计算机中的实现

　　Unicode 字符集的基础非常简单，就是给世界上的每一个文字都分配一个独一无二的数字，这个数字称之为码点（code point）, 比如 给字符A分配的数字是65， 给字符B 分配的数字是66，那么 A的 码点（code point）就是65， B 的code point 就是66.  但Unicode 相对于其他编码又是非常复杂的，这主要是在于Unicode 字符在计算机中的实现上，这些数字怎么在计算机中表示，用多少个字节？

　　由于当时提出制定Unicode字符集标准的时候，是在1990s 左右，那时各国的文字都比较少，都对应完了之后，发现并没有超过6万，正好在计算机中，两个字节就可以表示6万多个字，两个字节就是16个位（bit），无符号的话那么最大的数就是16个位都是1，这个数就是 2的16次方即 2^16-1 = 65536-1 = 65535所以就决定用2个字节，16个bit 来表示Unicode 字符， 这就是最早的UCS-2编码, 这16个bit 称之为code uint（码元）， 这时 一个码点就对应一个码元。

　　但是随着时间的推移，尤其是亚洲国家把大量的象形文字也加入到Unicode 编码中，突然发现，65536的数量根本就装不下这些文字，于是Unicode 编码字符集也相应的进行了扩充，它把整个字符集分成了17个平面，每一个平面都能放2^16 个文字， 第一个平面就放置最初的UCS-2编码中所定义的文字，叫做基本多文本平面Basic Multilingual Plane (or BMP)， 所以基本多文本平面码点的取值范围是0x0000 - 0xFFFF, 其他的16个平面称为补充平面(Supplementary Planes or Astral Planes)， 它们的取值范围从0x10000 开始 （0xFFFF + 1 就等于0x10000，  16进制的计算）  。 针对这种多平面的字符集，出现了不同的在计算机中的实现方式，那就是我们经常听到的UTF-8, UTF-16, UTF-32.

　　UTF-16 就是对于在BMP 平面的文字用两个字节（16个bit）进行表示，然后对于其他平面的文字用四个字节进行表示，四个字节表示称之为surrogate pairs（代理对）， 一对16 bit 来表示一个 字符。 由于一个16bit 称之为码元code unit, 一个字符对应的数字称为码点，这也就意味着，一个码点要有2个码元进行表示。

　　那怎么才能让一个码点用两个码元来显示呢？ 先看一下目前Unicode 非基本面的有多少个字， 一共16个面， 一个面是2^16 个字，那也就是说，一共有16 * 2^16 个字， 就是2^20个字符， 也就需要20个二进制bit 位，一个码元只能16bit 位，那只能把20bit 位进行拆分成2个部分，一个部分占10个bit， 这样一个码元就可以表示了。但这又存在另外一个问题，当计算机去读取字符的时候，它碰到一个字节就去读取一个字节，它并不知道，你这个字节是拆分出来的，你会发现，本来一个字，确显示出了毫不相干的两个字，这怎么办呢？其实在usc-2 的时代，它所定义的Unicode 字符集并没有完全使用了2个字节，2个字节的后面一部分是空的，并没有对应任何字符，这一段是0xD800 到 0xDFFF（55296 - 65535）， 这也就意味着，使用这一段上的码元没有任何问题。那我们就想办法，让非基本面的码点对应到这一段上来。对应的逻辑是这样的，首先把0xD800 - 0xDFFF  分为两个部分，0xD800 到 0xDBFF 和0xDC00 到 0xDFFF，然后再用码点减去65536， 把剩下的数用二进制表示，如果二进制不够20位，可以在前面补0.  再把20位二进制分为两个部分，每个部分占用10个bit，  前10个bit 对应到0xD800 - 0xDFFF, 称为高位（H）， 后10个bit 对应到0xDC00 到 0xDFFF 称为低位(L), 这样一个码点就可以用两个码元(高位， 低位)进行表示了。映射比较复杂，不过Unicode 提供了一个公式，可以直接通过码点得到高低位码元。

H = Math.floor((c-0x10000) / 0x400)+0xD800  // c 是码点 0x10000 就是65536  0x400 就是1024， 0xD800 就是H 开始位置

L = (c - 0x10000) % 0x400 + 0xDC00  // 0xDC00  L 位开始的位置。 

　　举一个小栗子，汉字"