Detailed introduction to Unicode and JavaScript code examples ()

Unicode is a common character encoding set, so how does Unicode support JavaScript? This article will discuss the JavaScript language's support for UnicodeCharacter Set. I hope readers can understand the concept and usage of character sets in JavaScript from an essential point of view.

1. What is Unicode?

Unicode originated from a very simple idea: include all the characters in the world in one set. As long as the computer supports this character set, it can display all characters, and there will no longer be garbled characters.

It starts from 0 and assigns a number to each symbol, which is called a "code point". For example, the symbol for code point 0 is null (indicating that all binary bits are 0).

U+0000 = null

In the above formula, U+ indicates that the hexadecimal number immediately following is the Unicode code point.

Currently, the latest version of Unicode is version 7.0, which contains a total of 109,449 symbols, including 74,500 Chinese, Japanese and Korean characters. It can be approximated that more than two-thirds of the existing symbols in the world come from East Asian scripts. For example, the code point for "good" in Chinese is 597D in hexadecimal.

U+597D = 好

With so many symbols, Unicode is not defined at once, but by partition. Each area can store 65536 (2¹⁶) characters, which is called a plane. Currently, there are 17 (2⁵) planes in total, which means that the size of the entire Unicode character set is now 2²¹.

The first 65536 character bits are called the basic plane (abbreviation BMP). Its code point range is from 0 to 2¹⁶-1. When written in hexadecimal, it is from U+0000 to U+FFFF. All the most common characters are placed on this plane, which is the first plane defined and announced by Unicode.

The remaining characters are placed in the auxiliary plane (abbreviated as SMP), and the code points range from U+010000 to U+10FFFF.

2. UTF-32 and UTF-8

Unicode only specifies the code point of each character. What kind of byte order is used to represent it? This code point involves the encoding method.

The most intuitive encoding method is that each code point is represented by four bytes, and the byte content corresponds to the code point one-to-one. This encoding method is called UTF-32. For example, code point 0 is represented by four bytes of 0, and code point 597D is preceded by two bytes of 0.

U+0000 = 0x0000 0000

U+597D = 0x0000 597D

The advantage of UTF-32 is that the conversion rules are simple and intuitive, and the search efficiency is high. The disadvantage is that it wastes space. For the same English text, it will be four times larger than ASCII encoding. This shortcoming is so fatal that no one actually uses this encoding method. The HTML 5 standard clearly stipulates that web pages must not be encoded into UTF-32.

What people really needed was a space-saving encoding method, which led to the birth of UTF-8. UTF-8 is a variable-length encoding method, with character lengths ranging from 1 byte to 4 bytes. The more commonly used characters are, the shorter the bytes are. The first 128 characters are represented by only 1 byte, which is exactly the same as the ASCII code.

##0×0000 – 0x007F10×0080 – 0x07FF20×0800 – 0xFFFF3##0×010000 – 0x10FFFF

由于UTF-8这种节省空间的特性，导致它成为互联网上最常见的网页编码。不过，它跟今天的主题关系不大，我就不深入了，具体的转码方法，可以参考我多年前写的《字符编码笔记》。

三、UTF-16简介

UTF-16编码介于UTF-32与UTF-8之间，同时结合了定长和变长两种编码方法的特点。

它的编码规则很简单：基本平面的字符占用2个字节，辅助平面的字符占用4个字节。也就是说，UTF-16的编码长度要么是2个字节（U+0000到U+FFFF），要么是4个字节（U+010000到U+10FFFF）。

于是就有一个问题，当我们遇到两个字节，怎么看出它本身是一个字符，还是需要跟其他两个字节放在一起解读？

说来很巧妙，我也不知道是不是故意的设计，在基本平面内，从U+D800到U+DFFF是一个空段，即这些码点不对应任何字符。因此，这个空段可以用来映射辅助平面的字符。

具体来说，辅助平面的字符位共有2²⁰个，也就是说，对应这些字符至少需要20个二进制位。UTF-16将这20位拆成两半，前10位映射在U+D800到U+DBFF（空间大小2¹⁰），称为高位（H），后10位映射在U+DC00到U+DFFF（空间大小2¹⁰），称为低位（L）。这意味着，一个辅助平面的字符，被拆成两个基本平面的字符表示。

所以，当我们遇到两个字节，发现它的码点在U+D800到U+DBFF之间，就可以断定，紧跟在后面的两个字节的码点，应该在U+DC00到U+DFFF之间，这四个字节必须放在一起解读。

四、UTF-16的转码公式

Unicode码点转成UTF-16的时候，首先区分这是基本平面字符，还是辅助平面字符。如果是前者，直接将码点转为对应的十六进制形式，长度为两字节。

U+597D = 0x597D

如果是辅助平面字符，Unicode 3.0版给出了转码公式。

H = Math.floor((c-0x10000) / 0x400)+0xD800

L = (c - 0x10000) % 0x400 + 0xDC00

以字符为例，它是一个辅助平面字符，码点为U+1D306，将其转为UTF-16的计算过程如下。

H = Math.floor((0x1D306-0x10000)/0x400)+0xD800 = 0xD834

L = (0x1D306-0x10000) % 0x400+0xDC00 = 0xDF06

所以，字符的UTF-16编码就是0xD834 DF06，长度为四个字节。

五、JavaScript使用哪一种编码？

JavaScript语言采用Unicode字符集，但是只支持一种编码方法。

这种编码既不是UTF-16，也不是UTF-8，更不是UTF-32。上面那些编码方法，JavaScript都不用。

JavaScript用的是UCS-2！

六、UCS-2编码

怎么突然杀出一个UCS-2？这就需要讲一点历史。

互联网还没出现的年代，曾经有两个团队，不约而同想搞统一字符集。一个是1988年成立的Unicode团队，另一个是1989年成立的UCS团队。等到他们发现了对方的存在，很快就达成一致：世界上不需要两套统一字符集。

1991年10月，两个团队决定合并字符集。也就是说，从今以后只发布一套字符集，就是Unicode，并且修订此前发布的字符集，UCS的码点将与Unicode完全一致。

UCS的开发进度快于Unicode，1990年就公布了第一套编码方法UCS-2，使用2个字节表示已经有码点的字符。（那个时候只有一个平面，就是基本平面，所以2个字节就够用了。）UTF-16编码迟至1996年7月才公布，明确宣布是UCS-2的超集，即基本平面字符沿用UCS-2编码，辅助平面字符定义了4个字节的表示方法。

两者的关系简单说，就是UTF-16取代了UCS-2，或者说UCS-2整合进了UTF-16。所以，现在只有UTF-16，没有UCS-2。

七、JavaScript的诞生背景

那么，为什么JavaScript不选择更高级的UTF-16，而用了已经被淘汰的UCS-2呢？

答案很简单：非不想也，是不能也。因为在JavaScript语言出现的时候，还没有UTF-16编码。

1995年5月，Brendan Eich用了10天设计了JavaScript语言；10月，第一个解释引擎问世；次年11月，Netscape正式向ECMA提交语言标准（整个过程详见《JavaScript诞生记》）。对比UTF-16的发布时间（1996年7月），就会明白Netscape公司那时没有其他选择，只有UCS-2一种编码方法可用！

八、JavaScript字符函数的局限

由于JavaScript只能处理UCS-2编码，造成所有字符在这门语言中都是2个字节，如果是4个字节的字符，会当作两个双字节的字符处理。JavaScript的字符函数都受到这一点的影响，无法返回正确结果。

还是以字符为例，它的UTF-16编码是4个字节的0xD834 DF06。问题就来了，4个字节的编码不属于UCS-2，JavaScript不认识，只会把它看作单独的两个字符U+D834和U+DF06。前面说过，这两个码点是空的，所以JavaScript会认为是两个空字符组成的字符串！

上面代码表示，JavaScript认为字符的长度是2，取到的第一个字符是空字符，取到的第一个字符的码点是0xDB34。这些结果都不正确！

解决这个问题，必须对码点做一个判断，然后手动调整。下面是正确的遍历字符串的写法。

while (++index < length) {
  // ...
  if (charCode >= 0xD800 && charCode <= 0xDBFF) {
    output.push(character + string.charAt(++index));
  } else {
    output.push(character);
  }
}

上面代码表示，遍历字符串的时候，必须对码点做一个判断，只要落在0xD800到0xDBFF的区间，就要连同后面2个字节一起读取。

类似的问题存在于所有的JavaScript字符操作函数。

String.prototype.replace()
String.prototype.substring()
String.prototype.slice()
...

上面的函数都只对2字节的码点有效。要正确处理4字节的码点，就必须逐一部署自己的版本，判断一下当前字符的码点范围。

九、ECMAScript 6

JavaScript的下一个版本ECMAScript 6（简称ES6），大幅增强了Unicode支持，基本上解决了这个问题。

（1）正确识别字符

ES6可以自动识别4字节的码点。因此，遍历字符串就简单多了。

for (let s of string ) {
  // ...
}

但是，为了保持兼容，length属性还是原来的行为方式。为了得到字符串的正确长度，可以用下面的方式。

Array.from(string).length

（2）码点表示法

JavaScript允许直接用码点表示Unicode字符，写法是”反斜杠+u+码点”。

'好' === '\u597D' // true

但是，这种表示法对4字节的码点无效。ES6修正了这个问题，只要将码点放在大括号内，就能正确识别。

（3）字符串处理函数

ES6新增了几个专门处理4字节码点的函数。

String.fromCodePoint()：从Unicode码点返回对应字符
String.prototype.codePointAt()：从字符返回对应的码点
String.prototype.at()：返回字符串给定位置的字符

（4）正则表达式

ES6提供了u修饰符，对正则表达式添加4字节码点的支持。

（5）Unicode正规化

有些字符除了字母以外，还有附加符号。比如，汉语拼音的Ǒ，字母上面的声调就是附加符号。对于许多欧洲语言来说，声调符号是非常重要的。

Unicode提供了两种表示方法。一种是带附加符号的单个字符，即一个码点表示一个字符，比如Ǒ的码点是U+01D1；另一种是将附加符号单独作为一个码点，与主体字符复合显示，即两个码点表示一个字符，比如Ǒ可以写成O（U+004F） + ˇ（U+030C）。

// 方法一
'\u01D1'
// 'Ǒ'

// 方法二
'\u004F\u030C'
// 'Ǒ'

这两种表示方法，视觉和语义都完全一样，理应作为等同情况处理。但是，JavaScript无法辨别。

 '\u01D1'==='\u004F\u030C' 
 //false

ES6提供了normalize方法，允许“Unicode正规化”，即将两种方法转为同样的序列。

 '\u01D1'.normalize() === '\u004F\u030C'.normalize() 
 // true

Number range	bytes
4

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