资讯专栏INFORMATION COLUMN

Python2.x 字符编码终极指南

Amio / 580人阅读

摘要:值得注意的是,有的编码方案不一定能表示某些信息,这时编码就会失败,比如就不能用来表示中文。数组的每一项是一个字节,用来表示。所以对于字符串来说,其长度等于编码后字节的长度。所以,让来编码解码中文,就超出了其能力范围。

在人机交互之字符编码 一文中对字符编码进行了详细的讨论,并通过一些简单的小程序验证了我们对于字符编码的认识。但仅了解这篇文章的内容,并不能帮我们在日常编程中躲过一些字符编码相关的坑,Stackoverflow 上就有大量编码相关的问题,比如 1,2,3。

本文首先尝试对编码、解码进行一个宏观、直观的解读,然后详细来解释 python2 中的str和unicode,并对常见的UnicodeEncodeError 和 UnicodeDecodeError 异常进行剖析。

如何理解编、解码?

如何去理解编码、解码?举个例子,Alice同学刚加入了机器学习这门课,想给同班的Bob同学打个招呼。但是作为人,Alice不能通过意念和Bob交流,必须通过某种方式,比如手语、声音、文字等来表达自己的想法。如果Alice选择用文字,那么他可能会写下这么一段文字:My name is: boot …… 来学机器学习喽,写文字这个过程其实就是编码,经过编码后的文字才能给Bob看。Bob收到Alice的文字后,就会用自己对文字的认知来解读Alice传达的含义,这个过程其实就是解码。当然,如果Bob不懂中文,那么就无法理解Alice的最后一句了,如果Bob不识字,就完全不知道Alice想表达什么了。

上面的例子只是为了方便我们理解编码、解码这个抽象的概念,现在来看看对于计算机程序来说,如何去理解字符的编码、解码过程。我们知道绝大多数程序都是读取数据,做一些操作,然后输出数据。比如当我们打开一个文本文件时,就会从硬盘读取文件中的数据,接着我们输入了新的数据,点击保存后,文本程序会将更新后的内容输出到硬盘。程序读取数据就相当于Bob读文字,必须进行一个解码的过程,解码后的数据才能让我们进行各种操作。同理,保存到硬盘时,也需要对数据进行编码。

下图方框 A 代表一个输出数据的程序,方框 B 代表一个读取数据的程序。当然这里的程序只是一个概念,表示一个处理数据的逻辑单元,可以是一个进程、一个函数甚至一个语句等。A 和 B 也可以是同一个程序,先解码外部获取的数据,内部操作后,再进行某种编码。

值得注意的是,有的编码方案不一定能表示某些信息,这时编码就会失败,比如 ASCII 就不能用来表示中文。当然,如果以错误的方式去解读某段内容,解码也会失败,比如用 ASCII 来解读包含 UTF-8的信息。至于什么是 ASCII,UTF-8等,在人机交互之字符编码 中有详细的说明,这里不再赘述。下面结合具体的例子,来看看编码、解码的细节问题。

python2.x 中的字符串

在程序设计中,字符串一般是指一连串的字符,比如hello world!你好或者もしもし(日语)等等。各种语言对于字符串的支持各不相同,Python 2 中字符串的设计颇不合理,导致新手经常会出现各种问题,类似下面的提示信息相信很多人都遇到过(UnicodeEncodeError 或者 UnicodeDecodeError):

Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
UnicodeEncodeError: "ascii" codec can"t encode characters in position 0-1: ordinal not in range(128)

下面我们一起来解决这个疑难杂症。首先需要搞清楚python中的两个类型:,文档中关于这两个类型的说明其实挺含糊的:

There are seven sequence types: strings, Unicode strings, lists, ...

String literals are written in single or double quotes: "xyzzy", "frobozz". Unicode strings are much like strings, but are specified in the syntax using a preceding "u" character: u"abc", u"def".

上面并没有给出什么有用的信息,不过好在这篇文章讲的特别好,简单来说:

str:是字节串(container for bytes),由 Unicode 经过编码(encode)后的字节组成的。

unicode:真正意义上的字符串,其中的每个字符用 Unicode 中对应的 Code Point 表示。

翻译成人话就是,unicode 有点类似于前面 Alice 打招呼传递的想法,而 str 则是写下来的文字(或者是说出来的声音,甚至可以是手语)。我们可以用 GBK,UTF-8 等编码方案将 Unicode 类型转换为 str 类型,类似于用语言、文字或者手语来表达想法。

repr 与终端交互

为了彻底理解字符编码、解码,下面要用 python 交互界面进行一些小实验来加深我们的理解(下面所有的交互代码均在 Linux 平台下)。在这之前,我们先来看下面交互代码:

>>> demo = "Test 试试"
>>> demo
"Test xe8xafx95xe8xafx95"

当我们只输入标识符 demo 时,终端返回了 demo 的内容。这里返回的内容是怎么得到呢?答案是通过 repr() 函数 获得。文档中对于 repr 函数解释如下:

Return a string containing a printable representation of an object.

所以,我们可以在源文件中用下面的代码,来获取和上面终端一样的输出。

#! /usr/bin/env python
# -*- coding: UTF-8 -*-
demo = "Test 试试"
print repr(demo)
# "Test xe8xafx95xe8xafx95"

对于字符串来说,repr() 的返回值很好地说明了其在python内部的表示方式。通过 repr 的返回值,我们可以真切体会到前面提到的两点:

str:实际上是字节串

unicode:真正意义上的字符串

下面分别来看看这两个类型。

unicode 类型

unicode 是真正意义上的字符串,为了理解这句话,先看下面的一段代码:

>>> unicode_str = u"Welcome to 广州" # ""前面的 u 表示这是一个 unicode 字符串
>>> unicode_str, type(unicode_str)  # repr(unicode_str)
(u"Welcome to u5e7fu5dde", )

repr 返回的 Welcome to u5e7fu5dde 说明了unicode_str存储的内容,其中两个u后面的数字分别对应了广、州在unicode中的code point:

5e7f 对应广字;

5dde 对应字;

英文字母也有对应的code point,它的值等于ASCII值,不过repr并没有直接输出。我们可以在站长工具中查看所有字符对应的code point。也可以用 python 的内置函数 ord 查看字符的 code point,如下所示(调用了 format 将code point转换为十六进制):

>>> "{:04x}".format(ord(u"广"))
"5e7f"
>>> "{:04x}".format(ord(u"W"))
"0057"

总结一下,我们可以将 看作是一系列字符组成的数组,数组的每一项是一个code point,用来表示相应位置的字符。所以对于 unicode 来说,其长度等于它包含的字符(a广 都是一个字符)的数目。

>>> len(unicode_str)
13
>>> unicode_str[0], unicode_str[12], unicode_str[-1]
(u"W", u"u5dde", u"u5dde")
str 类型

str 是字节串(container for bytes),为了理解这句话,先来看下面的一段代码:

>>> str_str = "Welcome to 广州"       # 这是一个 str
>>> str_str, type(str_str)
("Welcome to xe5xb9xbfxe5xb7x9e", )

python中 xhh(h为16进制数字)表示一个字节,输出中的xe5xb9xbfxe5xb7x9e 就是所谓的字节串,它对应了广州。实际上 str_str 中的英文字母也是保存为字节串的,不过 repr 并没有以 x 的形式返回。为了验证上面输出内容确实是字节串,我们用python提供的 bytearray 函数将相同内容的 unicode字符串用 UTF-8 编码为字节数组,如下所示:

>>> unicode_str = u"Welcome to 广州"
>>> bytearray(unicode_str, "UTF-8")
bytearray(b"Welcome to xe5xb9xbfxe5xb7x9e")
>>> list(bytearray(unicode_str, "UTF-8")) 
# 字节数组,每一项为一个字节;
[87, 101, 108, 99, 111, 109, 101, 32, 116, 111, 32, 229, 185, 191, 229, 183, 158]
>>> print r"x" + r"x".join(["%02x" % c for c in list(bytearray(unicode_str, "UTF-8"))])
# 转换为 xhh 的形式
x57x65x6cx63x6fx6dx65x20x74x6fx20xe5xb9xbfxe5xb7x9e

可见,上面的 str_str 是 unicode_str 经过 UTF-8 编码 后的字节串。这里透漏了一个十分重要的信息,类型隐含有某种编码方式,正是这种隐式编码(implicit encoding)的存在导致了许多问题的出现(后面详细说明)。值得注意的是,str类型字节串的隐式编码不一定都是"UTF-8",前面示例程序都是在 OS X 平台下的终端,所以隐式编码是 UTF-8。对于 Windows 而言,如果语言设置为简体中文,那么交互界面输出如下:

# Win 平台下,系统语言为简体中文
>>> str_str = "Welcome to 广州"   
>>> str_str, type(str_str)
("Welcome to xb9xe3xd6xdd", )

这里str_str的隐式编码是cp936,可以用 bytearray(unicode_str, "cp936") 来验证这点。终端下,str类型的隐式编码由系统 locale 决定,可以采用下面方式查看:

# Unix or Linux
>>> import locale
>>> locale.getdefaultlocale()       
("zh_CN", "UTF-8")
...
# 简体中文 Windows
>>> locale.getdefaultlocale()       
("zh_CN", "cp936")

总结一下,我们可以将 看作是unicode字符串经过某种编码后的字节组成的数组。数组的每一项是一个字节,用 xhh 来表示。所以对于 str 字符串来说,其长度等于编码后字节的长度。

>>> len(str_str)
17
>>> str_str[0], str_str[-1]
("W", "x9e")       # 实际上是("x57", "x9e") 
类型转换

Python 2.x 中为上面两种类型的字符串都提供了 encode 和 decode 方法,原型如下:

str.decode([encoding[, errors]])
str.encode([encoding[, errors]])

利用上面的两个函数,可以实现 str 和 unicode 类型之间的相互转换,如下图所示:

上图中绿色线段标示的即为我们常用的转换方法,红色标示的转换在 python 2.x 中是合法的,不过没有什么意义,通常会抛出错误(可以参见 What is the difference between encode/decode?)。下面是两种类型之间的转换示例:

# decode: 的转换
>>> enc = str_str.decode("utf-8")
>>> enc, type(enc)
(u"Welcome to u5e7fu5dde", )

# encode:  的转换
>>> dec = unicode_str.encode("utf-8")
>>> dec, type(dec)
("Welcome to xe5xb9xbfxe5xb7x9e", )

上面代码中通过encode将unicode类型编码为str类型,通过 decode 将str类型解码为unicode类型。当然,编码、解码的过程并不总是一帆风顺的,通常会出现各种错误。

编、解码错误

Python 中经常会遇到 UnicodeEncodeError 和 UnicodeDecodeError,怎么产生的呢? 如下代码所示:

>>> u"Hello 广州".encode("ascii")
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
UnicodeEncodeError: "ascii" codec can"t encode characters in position 6-7: ordinal not in range(128)

>>> "Hello 广州".decode("ascii")
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
UnicodeDecodeError: "ascii" codec can"t decode byte 0xe5 in position 6: ordinal not in range(128)

当我们用 ascii 去编码带有中文的unicode字符串时,发生了UnicodeEncodeError,当我们用 ascii 去解码有中文的str字节串时,发生了UnicodeDecodeError。我们知道,ascii 只包含 127 个字符,根本无法表示中文。所以,让 ascii 来编码、解码中文,就超出了其能力范围。这就像你对一个不懂中文的老外说中文,他根本没法听懂。简单来说,所有的编码、解码错误都是由于所选的编码、解码方式无法表示某些字符造成的

有时候我们就是想用 ascii 去编码一段夹杂中文的str字节串,并不希望抛出异常。那么可以通过 errors 参数来指定当无法编码某个字符时的处理方式,常用的处理方式有 "strict","ignore"和"replace"。改动后的程序如下:

>>> u"Hello 广州".encode("ascii", "replace")
"Hello ??"
>>> u"Hello 广州".encode("ascii", "ignore")
"Hello "
隐藏的解码

str和unicode类型都可以用来表示字符串,为了方便它们之间进行操作,python并不要求在操作之前统一类型,所以下面的代码是合法的,并且能得到正确的输出:

>>> new_str = u"Welcome to " + "GuangZhou"
>>> new_str, type(new_str)
(u"Welcome to GuangZhou", )

因为str类型是隐含有某种编码方式的字节码,所以python内部将其解码为unicode后,再和unicode类型进行 + 操作,最后返回的结果也是unicode类型。

第2步的解码过程是在幕后悄悄发生的,默认采用ascii来进行解码,可以通过 sys.getdefaultencoding() 来获取默认编码方式。Python 之所以采用 ascii,是因为 ascii 是最早的编码方式,是许多编码方式的子集。

不过正是这个不可见的解码过程,有时候会导致出乎意料的解码错误,考虑下面的代码:

>>> u"Welcome to" + "广州"
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
UnicodeDecodeError: "ascii" codec can"t decode byte 0xe5 in position 0: ordinal not in range(128)

上面在字符串的+操作时,python 偷偷对"广州"用 ascii 做解码操作,所以抛出了UnicodeDecodeError异常。其实上面操作等同于 u"Welcome to" + "广州".decode("ascii") ,你会发现这句代码抛出的异常和上面的一模一样。

隐藏的编码

Python 不只偷偷地用 ascii 来解码str类型的字节串,有时还会偷偷用ascii来编码unicode类型。如果函数或类等对象接收的是 str 类型的字符串,但传进去的是unicode,python2 就会使用 ascii 将其编码成str类型再做运算。

以raw_input为例,我们可以给 raw_input 函数提供 prompt 参数,作为输入提示内容。这里如果 prompt 是 unicode 类型,python会先用ascii对其进行编码,所以下面代码会抛出UnicodeEncodeError异常:

>>> a = raw_input(u"请输入内容: ")
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
UnicodeEncodeError: "ascii" codec can"t encode characters in position 0-4: ordinal not in range(128)

上面操作完全等同于 a = raw_input(u"请输入内容: ".encode("ascii")),你会发现它们抛出的异常完全一样。此外,如果尝试将unicode字符串重定向输出到文本中,也可能会抛出UnicodeEncodeError异常。

$ cat a.py
demo = u"Test 试试"
print demo
$ python a.py > output
Traceback (most recent call last):
  File "a.py", line 5, in 
    print demo
UnicodeEncodeError: "ascii" codec can"t encode characters in position 5-6: ordinal not in range(128)

当然,如果直接在终端进行输出,则不会抛出异常。因为python会使用控制台的默认编码,而不是 ascii。

总结

总结下本文的内容:

str可以看作是unicode字符串经过某种编码后的字节组成的数组

unicode是真正意义上的字符串

通过 encode 可以将unicode类型编码为str类型

通过 decode 可以将str类型解码为unicode类型

python 会隐式地进行编码、解码,默认采用 ascii

所有的编码、解码错误都是由于所选的编码、解码方式无法表示某些字符造成的

如果你明白了上面每句话的含义,那么应该能解决大部分编、解码引起的问题了。当然,本篇文章其实并不能帮你完全避免python编码中的坑(坑太多)。还有许多问题在这里并没有说明:

读取、写入文件时的编码问题:

数据库的读写

网络数据操作

源文件编码格式的指定

有空再详细谈谈上面列出的坑。

本文由selfboot 发表于个人博客,采用署名-非商业性使用-相同方式共享 3.0 中国大陆许可协议。
非商业转载请注明作者及出处。商业转载请联系作者本人
本文标题为:Python2.x 字符编码终极指南
本文链接为:http://selfboot.cn/2016/12/28...

更多阅读

Pragmatic Unicode
Unicode In Python, Completely Demystified
Solving Unicode Problems in Python 2.7
Unicode HOWTO
Wiki:PrintFails
Unicode and Character Sets
What is the purpose of __str__ and __repr__ in Python?
What does a leading x mean in a Python string xaa

Python: 熟悉又陌生的字符编码
PYTHON-进阶-编码处理小结
五分钟战胜 Python 字符编码
python 字符编码与解码

文章版权归作者所有,未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为,您可以联系管理员删除。

转载请注明本文地址:https://www.ucloud.cn/yun/38295.html

相关文章

  • Python的中文编码问题

    摘要:使用中文替代中文中文编码中文编码中有以上两种声明字符串变量的方式,它们的主要区别是编码格式的不同,其中,的编码格式和文件声明的编码格式一致,而的编码格式则是。 字符串是Python中最常用的数据类型,而且很多时候你会用到一些不属于标准ASCII字符集的字符,这时候代码就很可能抛出UnicodeDecodeError: ascii codec cant decode byte 0xc4 ...

    Cheriselalala 评论0 收藏0
  • 关于python的编解码(decode, encode)

    摘要:,,等属于不同的字符集,转换编码就是在它们中的任意两者间进行。一般个人用的电脑上控制台基本上都是编码的,但运维的机器上基本全是,中文的时候就会有酸爽的问题。 总结总结,本文仅适用于python2.x 默认编码与开头声明 首先是开头的地方声明编码 # coding: utf8 这个东西的用处是声明文件编码为utf8(要写在前两行内),不然文件里如果有中文,比如 a = 美丽 b = u美...

    shusen 评论0 收藏0
  • 工具使用-积累与发现

    摘要:一积累中如何快速查看包中的源码最常用的大开发快捷键技巧将对象保存到文件中从文件中读取对象中的用法的配置详解和代码的格式详解格式化内容设置生成详解注释规范中设置内存调试的小知识单步执行命令的区别的动态代理机制详解内容有瑕疵,楼指正泛型继承的几 一、积累 1.JAVA Eclipse中如何快速查看jar包中 的class源码 最常用的15大Eclipse开发快捷键技巧 Java将对象保存到...

    wangjuntytl 评论0 收藏0
  • 工具使用-积累与发现

    摘要:一积累中如何快速查看包中的源码最常用的大开发快捷键技巧将对象保存到文件中从文件中读取对象中的用法的配置详解和代码的格式详解格式化内容设置生成详解注释规范中设置内存调试的小知识单步执行命令的区别的动态代理机制详解内容有瑕疵,楼指正泛型继承的几 一、积累 1.JAVA Eclipse中如何快速查看jar包中 的class源码 最常用的15大Eclipse开发快捷键技巧 Java将对象保存到...

    Lyux 评论0 收藏0

发表评论

0条评论

最新活动
阅读需要支付1元查看
<