UTF-16

title: UTF-16描述.
content: Unicode的编码空间从U+0000到U+10FFFF,共有1,112,064个码位(code point)可用来映射字符。Unicode的编码空间可以划分为17个平面(plane),每个平面包含2(65,536)个码位。17个平面的码位可表示为从U+xx0000到U+xxFFFF,其中xx表示十六进制值从00到10,共计17个平面。第一个平面称为基本多语言平面(Basic Multilingual Plane, BMP),或称第零平面(Plane 0),其他平面称为辅助平面(Supplementary Planes)。基本多语言平面内,从U+D800到U+DFFF之间的码位区段是永久保留不映射到Unicode字符。UTF-16就利用保留下来的0xD800-0xDFFF区段的码位来对辅助平面的字符的码位进行编码。
title: 从U+0000至U+D7FF以及从U+E000至U+FFFF的码位.
content: 第一个Unicode平面(码位从U+0000至U+FFFF)包含了最常用的字符。该平面被称为基本多语言平面,缩写为"BMP"(Basic Multilingual Plane,BMP)。UTF-16与UCS-2编码这个范围内的码位为16比特长的单个码元,数值等价于对应的码位。BMP中的这些码位是仅有的可以在UCS-2中表示的码位。
title: 从U+10000到U+10FFFF的码位.
content: 辅助平面(Supplementary Planes)中的码位,在UTF-16中被编码为一对16比特长的码元(即32位元,4字节),称作"代理对"(Surrogate Pair),具体方法是:  上述算法可理解为:辅助平面中的码位从U+10000到U+10FFFF,共计FFFFF个,即2=1,048,576个,需要20位来表示。如果用两个16位长的整数组成的序列来表示,第一个整数(称为前导代理)要容纳上述20位的前10位,第二个整数(称为后尾代理)容纳上述20位的后10位。还要能根据16位整数的值直接判明属于前导整数代理的值的范围(2=1024),还是后尾整数代理的值的范围(也是2=1024)。因此,需要在基本多语言平面中保留不对应于Unicode字符的2048个码位,就足以容纳前导代理与后尾代理所需要的编码空间。这对于基本多语言平面总计65536个码位来说,仅占3.125%。  由于前导代理、后尾代理、BMP中的有效字符的码位,三者互不重叠,搜索是简单的:一个字符编码的一部分不可能与另一个字符编码的不同部分相重叠。这意味着UTF-16是自同步(self-synchronizing)的:可以通过仅检查一个码元来判定给定字符的下一个字符的起始码元。UTF-8也有类似优点,但许多早期的编码模式就不是这样,必须从头开始分析文本才能确定不同字符的码元的边界。  由于最常有的字符都在基本多文种平面中,许多软件处理代理对的部分往往得不到充分的测试。这导致了一些长期的bug与潜在安全漏洞,它们甚至存在于广为流行且评价颇高的应用软件中。
title: 从U+D800到U+DFFF的码位.
content: Unicode标准规定U+D800...U+DFFF的值不对应于任何字符。  但是在使用UCS-2的时代,U+D800...U+DFFF内的值被占用,用于某些字符的映射。但只要不构成代理对,许多UTF-16编码解码还是能把这些不符合Unicode标准的字符映射正确的辨识、转换成合规的码元。按照Unicode标准,这种码元序列本来应算作编码错误。
title: 范例:.
content: 以U+10437编码(𐐷)为例:
title: 范例:UTF-16编码程序.
content: 假设要将U+64321(16进制)转成UTF-16编码。因为它超过U+FFFF,所以他必须编译成32位元(4个byte)的格式,如下所示:  所以这个字U+64321最后正确的UTF-16编码应该是: 而在小尾序中最后的编码应该是:  因为这个字超过U+FFFF所以无法用UCS-2的格式编码。  UTF-16比起UTF-8,好处在于大部分字符都以固定长度的字节(2字节)储存,但UTF-16却无法相容于ASCII编码。
title: UTF-16的编码模式.
content: UTF-16的大尾序和小尾序储存形式都在用。一般来说,以Macintosh制作或储存的文字使用大尾序格式,以Microsoft或Linux制作或储存的文字使用小尾序格式。  为了弄清楚UTF-16文件的大小尾序,在UTF-16文件的开首,都会放置一个U+FEFF字符作为Byte Order Mark(UTF-16 LE以 codice_19 代表,UTF-16 BE以 codice_20 代表),以显示这个文字档案是以UTF-16编码,其中U+FEFF字符在UNICODE中代表的意义是 codice_21,顾名思义,它是个没有宽度也没有断字的空白。  以下的例子有四个字符:「朱」(U+6731)、半角逗号(U+002C)、「聿」(U+807F)、「」(U+2A6A5)。
title: UTF-16与UCS-2的关系.
content: 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援UCS-2编码,那其实是暗指它不能支援在UTF-16中超过2字节的字集。对于小于0x10000的UCS码,UTF-16编码就等于UCS码。
title: Microsoft Windows操作系统内核对Unicode的支持.
content: Windows操作系统内核中的字符表示为UTF-16小尾序,可以正确处理、显示以4字节存储的字符。但是Windows API实际上仅能正确处理UCS-2字符,即仅以2字节存储的,码位小于U+FFFF的Unicode字符。其根源是Microsoft C++语言把 codice_22 数据类型定义为16比特的unsigned short,这就与一个 codice_22 型变量对应一个宽字符、可以存储一个Unicode字符的规定相矛盾。相反,Linux平台的GCC编译器规定一个 codice_22 是4字节长度,可以存储一个UTF-32字符,宁可浪费了很大的存储空间。下例运行于Windows平台的C++程序可说明此点:  Windows 9x系统的API仅支持ANSI字符集,只支持部分的UCS-2转换。1996年发布的Windows NT 4.0的API支持UCS-2。Windows 2000开始,Windows系统API开始支持UTF-16,并支持Surrogate Pair;但许多系统控件比如文本框和label等还不支持surrogate pair表示的字符,会显示成两个字符。Windows 7及更新的系统已经良好地支持了UTF-16,包括Surrogate Pair。  Windows API支持在UTF-16LE(codice_22类型)与UTF-8(代码页CP_UTF8)之间的转码。例如:

Summary: UTF-16是Unicode字符编码五层次模型的第三层:字符编码表(Character Encoding Form,也称为"storage format")的一种实现方式。即把Unicode字符集的抽象码位映射为16位长的整数(即码元)的序列,用于数据存储或传递。Unicode字符的码位,需要1个或者2个16位长的码元来表示,因此这是一个变长表示。

UTF-16: UTF-16 (16-bit Unicode Transformation Format) is a character encoding capable of encoding all 1,112,064 valid code points of Unicode (in fact this number of code points is dictated by the design of UTF-16). The encoding is variable-length, as code points are encoded with one or two 16-bit "code units". UTF-16 arose from an earlier fixed-width 16-bit encoding known as UCS-2 (for 2-byte Universal Character Set) once it became clear that more than 2 (65536) code points were needed.<ref name="unicode.org/faq">