UTF8转UCS——被微软折磨的日子

前言

前段时间搞协议，遇到些编码的问题，非英文的字符一直传输失败。搞得还以为开发者不支持中文，还给大佬发了个邮件，Is there any plan to support non-English?。大佬一直没回我，不知道是感觉我问的太傻X了还是没看到我的邮件。
研究了下协议传递非英文字符的问题，这个协议必须把字符串以utf8格式传进去，然后这个协议将utf8编码转换成UCS2，再通过网络发出去。
在windows下开一个dos窗口，chcp 65001切换成utf8。中文输入还是不行，转换ucs2失败。顺便研究了一下utf8和UCS2编码。
同样的程序，在linux下命令行输入就可以转换ucs2，难道是windows命令行通过chcp 65001转换后，传到程序的还不是utf8？事实证明，确实这样，windows dos命令行切换utf8后，显示的可以是utf8，但是输入的还不是。好了，让c#去调用吧，转换成utf8的byte[]数组后喂给它，问题解决，完美。
提供一个c下的utf8、ucs编码互转的代码。请移步我的github，移植自某开源协议：https://github.com/wangzhhbj/some-c-tools/tree/master/Transcoding

UTF8

UTF，是UnicodeTransformation Format的缩写，意为Unicode转换格式。
UTF-8是UNICODE的一种变长字符编码，UTF-8用1到6个字节编码UNICODE字符。对于某一个字符的UTF-8编码，如果只有一个字节则其最高二进制位为0；如果是多字节，其第一个字节从最高位开始，连续的二进制位值为1的个数决定了其编码的位数，其余各字节均以10开头。UTF-8最多可用到6个字节。
如表：
1字节 0xxxxxxx
2字节 110xxxxx 10xxxxxx
3字节 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
4字节 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
5字节 111110xx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
6字节 1111110x 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
因此UTF-8中可以用来表示字符编码的实际位数最多有31位，即上表中x所表示的位。除去那些控制位（每字节开头的10等），这些x表示的位与UNICODE编码是一一对应的，位高低顺序也相同。
实际将UNICODE转换为UTF-8编码时应先去除高位0，然后根据所剩编码的位数决定所需最小的UTF-8编码位数。
因此那些基本ASCII字符集中的字符（UNICODE兼容ASCII）只需要一个字节的UTF-8编码（7个二进制位）便可以表示。

Unicode - UCS - 万国码

通用字符集 - UCS(Universal Character Set)
UCS有两种格式：UCS-2和UCS-4。顾名思义，UCS-2就是用两个字节编码，UCS-4就是用4个字节（实际上只用了31位，最高位必须为0）编码。

UCS-2对每一个Unicode码位使用2bytes字集(16位bit);
UCS-4对每一个Unicode码位使用4bytes字集(32位bit);
UTF-16可看成是UCS-2的父集。在没有辅助平面字符（surrogate code points）前，UTF-16与UCS-2所指的是同一的意思。但当引入辅助平面字符后，就称为UTF-16了。现在若有软件声称自己支持UCS-2编码，那其实是暗指它不能支持在UTF-16中超过2bytes的字集。对于小于0x10000的UCS码，UTF-16编码就等于UCS码。
UTF-32 原本是 UCS-4 的子集，但JTC1/SC2/WG2声明，所有未来对字符的指定都将会限制在BMP及其14个补充平面。于是就现状而言，除了 UTF-32 标准包含额外的 Unicode 意涵，UCS-4 和 UTF-32 大体是相同的。

转换

UTF-8就是以8位为单元对UCS进行编码。从UCS-2到UTF-8的编码方式如下：

关键函数

直接上代码，完整请移步github，移植自某开源协议：https://github.com/wangzhhbj/some-c-tools/tree/master/Transcoding

/**---------------------------------------------------* ucs2              : UTF8* utf32             1 Bytes 0xxxxxxx * utf32             2 Bytes 110xxxxx 10xxxxxx * utf32             3 Bytes 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx * utf32             4 Bytes 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx */
static int
utf8toutf32(const unsigned char **pp, uint32_t *out)
{const unsigned char *p = *pp;unsigned c = *p;if (c & 0x80)  // c & 0b10000000,返回值非0表明是超过1个字节的编码{if ((c & 0xE0) == 0xC0)   // 2字节编码场景,(c & 0b11100000)==0b11000000,符合 110xxxxx {const unsigned c2 = *++p;  // 判断下一个字节,符合10xxxxxx if ((c2 & 0xC0) == 0x80)   //  (c2 & 0b11000000)==0b10000000 {*out =  ((c  & 0x1F) << 6) | (c2 & 0x3F);} else // 不符合110xxxxx 10xxxxxx {return WIND_ERR_INVALID_UTF8;}} else if ((c & 0xF0) == 0xE0)    //3字节场景 (c & 0b11110000)==0b11100000,满足1110xxxx{const unsigned c2 = *++p;if ((c2 & 0xC0) == 0x80)    //判断下一字节 (c2 & 0b11000000)==0b10000000,满足10xxxxxx{const unsigned c3 = *++p;if ((c3 & 0xC0) == 0x80)    //判断下一字节 (c3 & 0b11000000)==0b10000000,满足10xxxxxx{*out =   ((c  & 0x0F) << 12)| ((c2 & 0x3F) << 6)|  (c3 & 0x3F);} else {return WIND_ERR_INVALID_UTF8;}} else {return WIND_ERR_INVALID_UTF8;}} else if ((c & 0xF8) == 0xF0)     // (c & 0b11111000)==0b11110000  4字节场景{const unsigned c2 = *++p;if ((c2 & 0xC0) == 0x80)      // 3字节, (c2 & 0b11000000)==0b10000000,满足10xxxxxx{const unsigned c3 = *++p;if ((c3 & 0xC0) == 0x80)       // 2字节, (c2 & 0b11000000)==0b10000000,满足10xxxxxx{const unsigned c4 = *++p;if ((c4 & 0xC0) == 0x80)   // 1字节, (c2 & 0b11000000)==0b10000000,满足10xxxxxx{*out =   ((c  & 0x07) << 18)| ((c2 & 0x3F) << 12)| ((c3 & 0x3F) <<  6)|  (c4 & 0x3F);} else {return WIND_ERR_INVALID_UTF8;}} else {return WIND_ERR_INVALID_UTF8;}} else {return WIND_ERR_INVALID_UTF8;}} else {return WIND_ERR_INVALID_UTF8;}} else {*out = c;  //单个字节场景}*pp = p;return 0;
}

参考资料

《请问UTF-8与UCS-2之间有何区别与联系》https://www.zhihu.com/question/302200063/answer/530692688
《搞懂编码 GBK 和 UTF8》https://www.zhihu.com/question/302200063/answer/530692688
《软件中的字符串编码, UCS2, UTF8哪个更优》https://www.zhihu.com/question/346965173/answer/832323946
《UTF8和UCS2》https://blog.csdn.net/a13935302660/article/details/77507809