Python基础-字符编码问题【五】

一、字符编码具体原理

1.内存和硬盘都是用来存储的。

CPU：速度快
硬盘：永久保存

2、文本编辑器存取文件的原理（nodepad++,pycharm,word）

打开编辑器就可以启动一个进程，是在内存中的，所以在编辑器编写的内容也都是存放在内存中的，断电后数据就丢失了。因而需要保存在硬盘上，点击保存按钮或快捷键，就把内存中的数据保存到了硬盘上。在这一点上，我们编写的py文件（没有执行时），跟编写的其他文件没有什么区别，都只是编写一堆字符而已。

3.python解释器执行py文件的原理，例如python test.py

第一阶段：python解释器启动，此时就相当于启动了一个文本编辑器
第二阶段：python解释器相当于文本编辑器，去打开test.py，从硬盘上将test.py的文件内容读入到内存中
第三阶段：python解释器执行刚刚加载到内存中的test.py的代码（在该阶段，即执行时，才会识别python的语法，执行到字符串时，会开辟内存空间存放字符串）

总结：python解释器与文本编辑器的异同

相同点：

python解释器是解释执行文件内容的，因而python解释器具备读py文件的功能，这一点与文本编辑器一样

不同点：

文本编辑器将文件内容读入内存后，是为了显示/编辑，而python解释器将文件内容读入内存后，是为了执行（识别python的语法）

4.什么是编码？

计算机想要工作必须通电，高低电平（高电平即二进制数1，低电平即二进制数0），也就是说计算机只认识数字。那么让计算机如何读懂人类的字符呢?

　　　　字符---------（翻译过程）-------------数字  #这就必须经过一个过程：

这个过程实际就是一个字符如何对应一个特定数字的标准，这个标准称之为字符编码。

5.以下两个场景涉及到字符编码的问题：

一个python文件中的内容是由一堆字符组成的（"python文件未执行时"）
python中的数据类型字符串是由一串字符组成的（"python文件执行时"）

6.字符编码的发展史

阶段一：现代计算机起源于美国，最早诞生也是基于英文考虑的ASCII

ASCII:一个Bytes代表一个字符（英文字符/键盘上的所有其他字符），1Bytes=8bit，8bit可以表示0-2**8-1种变化，即可以表示256个字符
ASCII最初只用了后七位，127个数字，已经完全能够代表键盘上所有的字符了（英文字符/键盘的所有其他字符）

阶段二:为了满足中文，中国人定制了GBK

GBK:2Bytes代表一个字符，为了满足其他国家，各个国家纷纷定制了自己的编码，日本把日文编到Shift_JIS里，韩国把韩文编到Euc-kr里

阶段三：各国有各国的标准，就会不可避免地出现冲突，结果就是，在多语言混合的文本中，显示出来会有乱码。

于是产生了unicode，　统一用2Bytes代表一个字符，　2**16-1=65535，可代表6万多个字符，因而兼容万国语言
但对于通篇都是英文的文本来说，这种编码方式无疑是多了一倍的存储空间（二进制最终都是以电或者磁的方式存储到存储介质中的）
于是产生了UTF-8，对英文字符只用1Bytes表示，对中文字符用3Bytes

需要强调的是：
unicode： 简单粗暴，多有的字符都是2Bytes,优点是字符--数字的转换速度快；缺点是占用空间大。
utf-8 : 精准，可变长，优点是节省空间；缺点是转换速度慢，因为每次转换都需要计算出需要多长Bytes才能够准确表示。

1.内存中使用的编码是unicode，用空间换时间（程序都需要加载到内存才能运行，因而内存应该是越快越好）
2.硬盘中或网络传输用utf-8，保证数据传输的稳定性。

1 所有程序，最终都要加载到内存，程序保存到硬盘不同的国家用不同的编码格式，但是到内存中我们为了兼容万国（计算机可以运行任何国家的程序原因在于此），统一且固定使用unicode，
2 这就是为何内存固定用unicode的原因，你可能会说兼容万国我可以用utf－8啊，可以，完全可以正常工作，之所以不用肯定是unicode比utf－8更高效啊（uicode固定用2个字节编码
3 ，utf－8则需要计算），但是unicode更浪费空间，没错，这就是用空间换时间的一种做法，而存放到硬盘，或者网络传输，都需要把unicode转成utf－8，
4 因为数据的传输，追求的是稳定，高效，数据量越小数据传输就越靠谱，于是都转成utf－8格式的，而不是unicode。

二、字符编码转换

unicode------>encode(编码)-------->utf-8
utf-8---------->decode--------->unicode

文件从内存刷到硬盘的操作简称存文件
文件从硬盘读到内存的操作简称读文件
乱码：存文件时就已经乱码 或者 存文件时不乱码而读文件时乱码

总结：

无论是何种编辑器，要防止文件出现乱码（请一定注意，存放一段代码的文件也仅仅只是一个普通文件而已，此处指的是文件没有执行前，我们打开文件时出现的乱码）

核心法则就是，文件以什么编码保存的，就以什么编码方式打开

三、 文本编辑器之python解释器

文件test.py以gbk格式保存，内容为：

　　x='林'
无论是
　　python2 test.py
还是
　　python3 test.py
  "都会报错"（因为python2默认ascii，python3默认utf-8）
  除非在文件开头指定#coding:gbk

四、程序的执行

python3 test.py 或 python2 test.py（执行test.py的第一步，一定是先将文件内容读入到内存中）

阶段一：启动python解释器

阶段二：python解释器此时就是一个文本编辑器，负责打开文件test.py,即从硬盘中读取test.py的内容到内存中

• 此时，python解释器会读取test.py 的第一行内容，#coding :utf-8,来决定以什么编码格式来读入内存，这一行就是来设定python解释器这个软件的编码使用的编码格式这个编码，python2默认使用ASCII，python3中默认使用utf-8

阶段三：读取已经加载到内存的代码（unicode编码的二进制），然后执行，执行过程中可能会开辟新的内存空间，比如x="egon"

• 内存的编码使用unicode，不代表内存中全都是unicode编码的二进制，

• 在程序执行之前，内存中确实都是unicode编码的二进制,比如从文件中读取了一行x="egon",其中的x，等号，引号，地位都一样，都是普通字符而已，都是以unicode编码的二进制形式存放与内存中的

• 但是程序在执行过程中，会申请内存（与程序代码所存在的内存是俩个空间），可以存放任意编码格式的数据，比如x="egon",会被python解释器识别为字符串，会申请内存空间来存放"hello"，然后让x指向该内存地址，此时新申请的该内存地址保存也是unicode编码的egon,如果代码换成x="egon".encode('utf-8'),那么新申请的内存空间里存放的就是utf-8编码的字符串egon了