Python 编码为什么那么蛋疼？

   <p>据说，每个做 Python 开发的都被字符编码的问题搞晕过，最常见的错误就是 UnicodeEncodeError、UnicodeDecodeError，你好像知道怎么解决，遗憾的是，错误又出现在其它地方，问题总是重蹈覆辙，str 到 unicode 之间的转换用 decode 还是 encode 方法还特不好记，老是混淆，问题究竟出在哪里？</p>    <p>为了弄清楚这个问题，我决定从 python 字符串的构成以及字符编码的细节上进行深入浅出的分析</p>    <h3>字节与字符</h3>    <p>计算机存储的一切数据，文本字符、图片、视频、音频、软件都是由一串01的字节序列构成的，一个字节等于8个比特位。</p>    <p>而字符就是一个符号，比如一个汉字、一个英文字母、一个数字、一个标点都可以称为一个字符。</p>    <p>字节方便存储和网络传输，而字符用于显示，方便阅读。例如字符 "p" 存储到硬盘是一串二进制数据 01110000 ，占用一个字节的长度</p>    <h3>编码与解码</h3>    <p>我们用编辑器打开的文本，看到的一个个字符，最终保存在磁盘的时候都是以二进制字节序列形式存起来的。那么从字符到字节的转换过程就叫做编码（encode），反过来叫做解码（decode），两者是一个可逆的过程。编码是为了存储传输，解码是为了方便显示阅读。</p>    <p>例如字符 "p" 经过编码处理保存到硬盘是一串二进制字节序列 01110000 ，占用一个字节的长度。字符 "禅" 有可能是以 "11100111 10100110 10000101" 占用3个字节的长度存储，为什么说是有可能呢？这个放到后面再说。</p>    <p>Python 的编码为什么那么蛋疼？当然，这不能怪开发者。</p>    <p>这是因为 Python2 使用 ASCII 字符编码作为默认编码方式，而 ASCII 不能处理中文，那么为什么不用 UTf-8 呢？因为 Guido 老爹为 Python 编写第一行代码是在1989年的冬天，1991年2月正式开源发布了第一个版本，而 Unicode 是1991年10月发布的，也就是说 Python 这门语言创立的时候 UTF-8 还没诞生，这是其一。</p>    <p>Python 把字符串的类型还搞成两种，unicode 和 str ，以至于把开发者都弄糊涂了，这是其二。python3 彻底把 字符串重新改造了，只保留一种类型，这是后话，以后再说。</p>    <h3>str与unicode</h3>    <p>Python2 把字符串分为 unicode 和 str 两种类型。本质上 str 是一串二进制字节序列，下面的示例代码可以看出 str 类型的 "禅" 打印出来是十六进制的 \xec\xf8 ，对应的二进制字节序列就是 '11101100 11111000'。</p>    <pre>  <code class="language-python">>>> s = '禅'  >>> s  '\xec\xf8'  >>> type(s)  <type 'str'></code></pre>    <p>而 unicode 类型的 u"禅" 对应的 unicode 符号是 u'\u7985'</p>    <pre>  <code class="language-python">>>> u = u"禅"  >>> u  u'\u7985'  >>> type(u)  <type 'unicode'></code></pre>    <p>我们要把 unicode 符号保存到文件或者传输到网络就需要经过编码处理转换成 str 类型，于是 python 提供了 encode 方法，从 unicode 转换到 str，反之亦然。</p>    <p style="text-align:center"><img src="https://simg.open-open.com/show/2e977935e1433d65460eb0d9af089f93.jpg"></p>    <p>encode</p>    <pre>  <code class="language-python">>>> u = u"禅"  >>> u  u'\u7985'  >>> u.encode("utf-8")  '\xe7\xa6\x85'</code></pre>    <p>decode</p>    <pre>  <code class="language-python">>>> s = "禅"  >>> s.decode("utf-8")  u'\u7985'  >>></code></pre>    <p>不少初学者怎么也记不住 str 与 unicode 之间的转换用 encode 还是 decode，如果你记住了 str 本质上其实是一串二进制数据，而 unicode 是字符（符号），编码（encode）就是把字符（符号）转换为 二进制数据的过程，因此 unicode 到 str 的转换要用 encode 方法，反过来就是用 decode 方法。</p>    <p>encoding always takes a Unicode string and returns a bytes sequence, and decoding always takes a bytes sequence and returns a Unicode string".</p>    <p>清楚了 str 与 unicode 之间的转换关系之后，我们来看看什么时候会出现 UnicodeEncodeError、UnicodeDecodeError 错误。</p>    <h3>UnicodeEncodeError</h3>    <p>UnicodeEncodeError 发生在 unicode 字符串转换成 str 字节序列的时候，来看一个例子，把一串 unicode 字符串保存到文件</p>    <pre>  <code class="language-python"># -*- coding:utf-8 -*-  def main():      name = u'Python之禅'      f = open("output.txt", "w")      f.write(name)</code></pre>    <p>错误日志</p>    <p>UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 6-7: ordinal not in range(128)</p>    <p>为什么会出现 UnicodeEncodeError？</p>    <p>因为调用 write 方法时，Python 会先判断字符串是什么类型，如果是 str，就直接写入文件，不需要编码，因为 str 类型的字符串本身就是一串二进制的字节序列了。</p>    <p>如果字符串是 unicode 类型，那么它会先调用 encode 方法把 unicode 字符串转换成二进制形式的 str 类型，才保存到文件，而 encode 方法会使用 python 默认的 ascii 码来编码</p>    <p>相当于：</p>    <pre>  <code class="language-python">>>> u"Python之禅".encode("ascii")</code></pre>    <p>但是，我们知道 ASCII 字符集中只包含了128个拉丁字母，不包括中文字符，因此 出现了 'ascii' codec can't encode characters 的错误。要正确地使用 encode ，就必须指定一个包含了中文字符的字符集，比如：UTF-8、GBK。</p>    <pre>  <code class="language-python">>>> u"Python之禅".encode("utf-8")  'Python\xe4\xb9\x8b\xe7\xa6\x85'    >>> u"Python之禅".encode("gbk")  'Python\xd6\xae\xec\xf8'</code></pre>    <p>所以要把 unicode 字符串正确地写入文件，就应该预先把字符串进行 UTF-8 或 GBK 编码转换。</p>    <pre>  <code class="language-python">def main():      name = u'Python之禅'      name = name.encode('utf-8')      with open("output.txt", "w") as f:          f.write(name)</code></pre>    <p>当然，把 unicode 字符串正确地写入文件不止一种方式，但原理是一样的，这里不再介绍，把字符串写入数据库，传输到网络都是同样的原理</p>    <h3>UnicodeDecodeError</h3>    <p>UnicodeDecodeError 发生在 str 类型的字节序列解码成 unicode 类型的字符串时</p>    <pre>  <code class="language-python">>>> a = u"禅"  >>> a  u'\u7985'  >>> b = a.encode("utf-8")  >>> b  '\xe7\xa6\x85'  >>> b.decode("gbk")  Traceback (most recent call last):    File "<stdin>", line 1, in <module>  UnicodeDecodeError: 'gbk' codec can't decode byte 0x85 in position 2: incomplete multibyte sequence</code></pre>    <p>把一个经过 UTF-8 编码后生成的字节序列 '\xe7\xa6\x85' 再用 GBK 解码转换成 unicode 字符串时，出现 UnicodeDecodeError，因为 （对于中文字符）GBK 编码只占用两个字节，而 UTF-8 占用3个字节，用 GBK 转换时，还多出一个字节，因此它没法解析。避免 UnicodeDecodeError 的关键是保持 编码和解码时用的编码类型一致。</p>    <p>这也回答了文章开头说的字符 "禅"，保存到文件中有可能占3个字节，有可能占2个字节，具体处决于 encode 的时候指定的编码格式是什么。</p>    <p>再举一个 UnicodeDecodeError 的例子</p>    <pre>  <code class="language-python">>>> x = u"Python"  >>> y = "之禅"  >>> x + y  Traceback (most recent call last):    File "<stdin>", line 1, in <module>  UnicodeDecodeError: 'ascii' codec can't decode byte 0xe4 in position 0: ordinal not in range(128)  >>></code></pre>    <p>str 与 unicode 字符串 执行 + 操作是，Python 会把 str 类型的字节序列隐式地转换成（解码）成 和 x 一样的 unicode 类型，但Python是使用默认的 ascii 编码来转换的，而 ASCII 中不包含中文，所以报错了。</p>    <pre>  <code class="language-python">>>> y.decode('ascii')  Traceback (most recent call last):    File "<stdin>", line 1, in <module>  UnicodeDecodeError: 'ascii' codec can't decode byte 0xe4 in position 0: ordinal not in range(128)</code></pre>    <p>正确地方式应该是显示地把 y 用 UTF-8 或者 GBK 进行解码。</p>    <pre>  <code class="language-python">>>> x = u"Python"  >>> y = "之禅"  >>> y = y.decode("utf-8")  >>> x + y  u'Python\u4e4b\u7985'</code></pre>    <p> </p>    <p> </p>    <p>来自：https://foofish.net/why-python-encoding-is-tricky.html</p>    <p> </p>