深入淺出地，徹徹底底地理解Python中的編碼

Python處理文字的功能非常強大，但是如果是初學者，沒有搞清楚python中的編碼機制，也經常會遇到亂碼或者decode error。本文的目的是簡明扼要地說明python的編碼機制，並給出一些建議。

問題1：問題在哪裡？

問題是我們的靶子，心中沒有問題去學習就會抓不住重點。
本文使用的程式設計環境是centos6.7，python2.7。我們在shell中鍵入python以開啟python命令列，並鍵入如下兩句話：

 s = "中國zg"
 e  = s.encode("utf-8")

現在的問題是：這段程式碼能執行嗎？
答案是不能，會報如下的錯：

UnicodeDecodeError: 'ascii' codec can't decode byte 0xe4 in position 0: ordinal not in range(128)

請留意一下錯誤中說明的0xe4，它是我們分析錯誤的突破口。

相信很多人都遇到過這個錯誤。那麼新的問題來了。

問題2：Why？

要搞清楚原因，我們不妨認真分析下這兩句話的執行流程：
首先，我們透過鍵盤在python命令列直譯器中鍵入了 中國zg 並且給它加上了英文的雙引號，然後又賦值給了變數s，看起來很稀鬆平常是不是？其實裡面大有玄機。

當我們透過鍵盤在程式中輸入字元時，我們是透過作業系統完成這個功能的。我們在螢幕上看到的 中國zg 實際上是作業系統給我們人類的一個反饋，告訴你：“嗨，哥們，你在程式中輸入了字元 中國zg ”

那作業系統給程式的反饋是什麼呢？答案就是01串，這個01串是什麼樣子，又是怎麼生成的呢？
答案就是作業系統使用自己的預設編碼方式，將中國zg進行了編碼，並把編碼後的01串給了程式。

我們用的centos系統預設的編碼是utf-8，所以，只要知道中國zg每個字元的utf-8的編碼就可以知道01串是什麼了。

查詢後，可以獲得它們的編碼是(以16進位制和2進製表示)：

現在我們知道作業系統傳給程式的01串長什麼樣子了。然後，程式會怎麼處理它呢？

程式看到這個01串被雙引號包圍著，自然知道這個01串是一個字串。然後這個字串被賦值給了s。

到此，就是第一句的執行邏輯。

現在繼續進行第二句的執行。
e = s.encode(“utf-8”)的意思是將字串s用utf-8進行編碼，並將編碼後的字串賦值給e。問題來了，程式現在知道s中的01串，還知道這個01串表示的是字串，但這個字串的編碼是什麼呢？我們必須知道01串的現有編碼才能解析出裡面的字元，也才能用新的編碼方式，如utf-8來重新編碼它。作業系統只給程式傳來了01串，並沒有告訴程式這個01串用的字元編碼是什麼。

此時，python程式就會用它自己預設的編碼當作s的編碼，進而來識別s中的內容。這個預設的編碼是ASCII，所以，它會用ASCII來解釋這個01串，識別出字串的內容，再將這個字串轉為utf-8編碼。

好了，程式碰到的第一個位元組就是E4（11100101 ），傻眼！ ASCII編碼中沒有這玩意兒，因為ASCII編碼中位元組第一位都是0。

怎麼辦？
報錯唄，於是我們就看到了上面的錯誤。
錯誤中的0xe4就是字元 “中” 的utf8編碼的第一個位元組。

問題3：How？

知道問題出在哪裡了，怎麼解決這個問題呢？

顯然，我們只要告訴程式，這個s中的01串的編碼是utf-8，程式就應該能正確工作。

但這樣的解決方法有一個問題，就是不夠通用。

假如我有個程式，它要讀取很多文字檔案，每個文字檔案的編碼都不一樣，豈不是針對每個讀進來的檔案都維護一個編碼資訊？很繁瑣。

進一步，如果這些文字檔案的內容還要做相互的比較連線之類的操作，編碼都不一致，豈不是更麻煩？

python是怎麼聰明地解決這個問題的呢？

很簡單，就是decode！

decode的意思是說，你有一個字串，並且你知道它的編碼，只要你用該編碼decode這個字串，那麼，python就會識別出裡面的字元內容，同時，建一個int陣列，將每個字元的unicode序號存進去。
所有的字串都這樣做，就可以確保在程式執行過程中，各種來源獲得的字串都有一樣的表示。它們就可以方便地進行各種操作了。

上面說的 int陣列會被python封裝成一個物件，即unicode物件。

問題4：如何搞定？

下麵，我們在python命令列中輸入如下兩行程式碼：

e = s.decode("utf-8")
isinstance(e,unicode)

程式的輸出是True，這說明，decode後傳回的e確實是一個unicode物件。
unicode在這裡是一個類，是python裡面的類。

e 被稱作unicode字串，意思是說，它存的是字元的unicode序號，並沒有使用任何編碼。

然後，我們就可以將e編碼成任意一種編碼，比如下麵的操作都是可以的

e.encode("utf-8")
e.encode("gbk")

只要你選擇的編碼能夠對e中的字元進行編碼即可，如果不能編碼，就會報錯。
比如，如果你嘗試這樣：

e.encode("ascii")

由於ASCII並不能編碼 中國 這兩個字元，所以會爆出 encode error。

至此，我們已經看到了兩種錯誤，decode error 和encode error，並解決了它們。

問題5：如何評價python的這種字元編碼處理方法？

首先，這樣的處理方法非常的簡單。任何文字，只要它進入程式時進行一次decode，就會變成unicode物件，裡面用int存著每個字元的unicode序號。只要在這個文字要輸出時再進行一次encode，編碼成我們需要的編碼就可以了。

問題是，所有的字元都用一個int來表示會不會太浪費空間？畢竟，用ASCII編碼，英文的字元只要一個位元組就可以了。

確實會費點空間，但是現在的記憶體都足夠大，而且我們只在程式內部使用這種方式，當字串要寫入檔案或者透過網路傳輸時，我們都會進行相應的編碼的。

還有一個問題，那些寫死在程式中的字串怎麼辦？難道每次使用都要進行一次decode?不同的作業系統預設使用的編碼是不一樣的，當我們在linux下，通常需要用utf8做decode，在Windows下，通常需要用gbk做 decode。這樣，我們的程式碼就只能在特定的平臺執行。

python給我們提供了一個很簡單的辦法，只要在字串前面加一個u，它就會幫我們探測系統的編碼，並自動完成decode。

問題6：總結下，學到了什麼？

本文用一個很常見的錯誤為起點，詳細分析了python中的編碼問題。我們看到了python處理字元問題的簡單之處，也能夠理解為什麼python有這麼強大的文字處理功能。

測試題:看你是否真正理解了。

假設一臺linux上有一個檔案a.txt，裡面的內容是”中文”兩個字元，編碼方式是utf-8。

現在，在python程式中寫如下陳述句:

import codec
s=""
with codec.open("a.txt",encoding="utf-8") as f:
s=f.readline().strip()

with open("b.txt","w") as f:
f.write(s)

請問這段程式碼能執行嗎？為什麼？

答案:不能！
s底下的表示是unicode,寫出時python會對其進行編碼，預設用的ascii編碼無法對”中文”兩個字元進行編碼，所以會報錯！