Go语言中多字节字符的处理

1 概述

Go语言的字符串是使用 UTF-8 编码的。 UTF-8 是 Unicode 的实现方式之一。本文内容包括： UTF-8 和 Unicode 的关系，Go语言提供的 unicode 包和 unicode/utf8 包的使用。

2 UTF-8 和 Unicode 的关系

Unicode 一种字符集，是国际标谁化组织（ISO）设计的一个包括了地球上所有文化、所有字母和符号 的编码。他们叫它 Universal Multiple-Octet Coded Character Set ，简称 UCS，也就是 Unicode 。 Unicode 为每一个 字符 分配一个唯一的 码点（Code Point），就是一个唯一的值。例如 康 的码点就是 24247，十六进制为 5eb7 。

Unicode 字符集仅仅定义了字符与码点的对应关系，但是并没有定义该如何编码（存储）这个码值，这就导致了很多问题。例如由于字符的码值不同，导致所需要的存储空间是不一致的，计算机不能确定接下来的字符是占用几个字节。还有就是如果采用固定的长度假设都是4个字节来存储码点值，那么会导致空间的额外浪费，因为 ascii 码字符其实仅仅需要一个字节的空间。

UTF-8 就是解决如何为 Unicode 编码而设计的一种编码规则。可以说 UTF-8 是 Unicode 的实现方式之一。其特点是一种变长编码，使用1到4个字节表示一个字符，根据不同的符号而变化长度。 UTF-8 的编码规则有二：

• 对于单字节的符号，字节的第一位设为0，后面7位为这个符号的 Unicode 码。因此对于ASCII码字符， UTF-8 编码和 ASCII 码是相同的。
• 对于 n 字节的符号（n > 1，2到4），第一个字节的前n位都设为1，第n + 1 位设为 0，后面字节的前两位一律设为10。剩下的没有提及的二进制位，全部为这个符号的 Unicode 码。

以下是编码规则：

Unicode             | UTF-8
--------------------------------------------------------- 
0000 0000-0000 007F | 0xxxxxxx
0000 0080-0000 07FF | 110xxxxx 10xxxxxx
0000 0800-0000 FFFF | 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
0001 0000-0010 FFFF | 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
---------------------------------------------------------

Go语言中，对于 Unicode 和 UTF-8 使用了 unicode 和 unicode/utf8 包来实现，下面是阅读 API 的总结和说明。

3 Unicode 包

Go语言中，提供了 Unicode 包，处理与 Unicode 相关的操作，整理如下：

Is(rangeTab *RangeTable, r rune) bool

检测 rune r 是否在 rangeTable 指定的字符范围内。

rangeTable 一个 Unicode 码值集合，通常使用 unicode 包中定义的集合。

判断字符是否出现在汉字集合中：
unicode.Is(unicode.Scripts["Han"], 'k')
// 返回 false
unicode.Is(unicode.Scripts["Han"], '康')
// 返回 true

In(r rune, ranges ...*RangeTable) bool

检测 rune r 是否在多个 rangeTable 指定的字符范围内。

rangeTable 一个 Unicode 码值集合，通常使用 unicode 包中定义的集合。

unicode.In('康', unicode.Scripts["Han"], unicode.Scripts["Latin"])
// 返回 true
unicode.In('k', unicode.Scripts["Han"], unicode.Scripts["Latin"])
// 返回 true

IsOneOf(ranges []*RangeTable, r rune) bool

检测 rune r 是否在 rangeTable ranges 指定的字符范围内。与 In 功能类似，推荐使用 In 。

IsSpace(r rune) bool

检测字符 rune r 是否是空白字符。在Latin-1字符空间中，空白字符为：

'\t', '\n', '\v', '\f', '\r', ' ', U+0085 (NEL), U+00A0 (NBSP)

其它的空白字符请参见策略Z和属性Pattern_White_Space。

IsDigit(r rune) bool

检测字符 rune r 是否是十进制数字字符。

unicode.IsDigit('9')
// 返回 true
unicode.IsDigit('k')
// 返回 false

IsNumber(r rune) bool

检测字符 rune r 是否是 Unicode 数字字符。

IsLetter(r rune) bool

检测一个字符 rune r 是否是字母

unicode.IsLetter('9')
// 返回 false
unicode.IsLetter('k')
// 返回 true

IsGraphic(r rune) bool

一个字符 rune r 是否是 unicode 图形字符。图形字符包括字母、标记、数字、符号、标点、空白。

unicode.IsGraphic('9')
// 返回 true
unicode.IsGraphic(',')
// 返回 true

IsControl(r rune) bool

检测一个字符 rune r 是否是 unicode 控制字符。

IsMark(r rune) bool

检测一个字符 rune r 是否是标记字符。

IsPrint(r rune) bool

检测一个字符 rune r 是否是的可打印字符，基本与图形字符一致，除ASCII空白字符U+0020。

IsPunct(r rune) bool

检测一个字符 rune r 是否是 unicode标点字符。

unicode.IsPunct('9')
// 返回 false
unicode.IsPunct(',')
// 返回 true

IsSymbol(r rune) bool

检测一个字符 rune r 是否是 unicode 符号字符。

IsLower(r rune) bool

检测一个字符 rune r 是否是小写字母。

unicode.IsLower('h')
// 返回 true
unicode.IsLower('H')
// 返回 false

IsUpper(r rune) bool

检测一个字符 rune r 是否是大写字母。

unicode.IsUpper('h')
// 返回 false
unicode.IsUpper('H')
// 返回 true

IsTitle(r rune) bool

检测一个字符 rune r 是否是Title字符。大部分字符的 Title 格式就是其大写格式，少数字符的 Title 格式是特殊字符，例如 ᾏᾟᾯ 。

unicode.IsTitle('ᾯ')
// 返回 true
unicode.IsTitle('h')
// 返回 false
unicode.IsTitle('H')
// 返回 true

To(_case int, r rune) rune

将字符 rune r 转换为指定的格式，格式_case支持：unicode.UpperCase、unicode.LowerCase、unicode.TitleCase

unicode.To(unicode.UpperCase, 'h')
// 返回 H

ToLower(r rune) rune

将字符 rune r 转换为小写。

unicode.ToLower('H')
// 返回 h

func (SpecialCase) ToLower

将字符 rune r 转换为小写。优先使用映射表 SpecialCase。

映射表 SpecialCase 是特定语言环境下大小写的映射表。主要应用于一些欧洲字符，例如土耳其 TurkishCase。

unicode.TurkishCase.ToLower('İ')
// 返回 i

ToUpper(r rune) rune

将字符 rune r 转换为大写。

unicode.ToUpper('h')
// 返回 H

func (SpecialCase) ToUpper

将字符 rune r 转换为大写。优先使用映射表 SpecialCase。

映射表 SpecialCase 是特定语言环境下大小写的映射表。主要应用于一些欧洲字符，例如土耳其 TurkishCase。

unicode.TurkishCase.ToUpper('i')
// 返回 İ

ToTitle(r rune) rune

将字符 rune r 转换为 Title 字符。

unicode.ToTitle('h')
// 返回 H

func (SpecialCase) ToTitle

将字符 rune r 转换为 Title 字符。优先使用映射表 SpecialCase。

映射表 SpecialCase 是特定语言环境下大小写的映射表。主要应用于一些欧洲字符，例如土耳其 TurkishCase。

unicode.TurkishCase.ToTitle('i')
// 返回 İ

SimpleFold(r rune) rune

在 unicode 标准字符映射中查找与 rune r 互相对应的 unicode 码值。向码值大的方向循环查找。互相对应指的是同一个字符可能出现的多种写法。

unicode.SimpleFold('H')
// 返回 h
unicode.SimpleFold('Φ')) 
// 返回 φ

4 unicode/utf8 包

DecodeLastRune(p []byte) (r rune, size int)

解码 []byte p 中最后一个 UTF-8 编码序列，返回该码值和长度。

utf8.DecodeLastRune([]byte("小韩说课"))
// 返回 35838 3
// 35838 就是课的 unicode 码值

DecodeLastRuneInString(s string) (r rune, size int)

解码 string s 中最后一个 UTF-8 编码序列，返回该码值和长度。

utf8.DecodeLastRuneInString("小韩说课")
// 返回 35838 3
// 35838 就是课的 unicode 码值

DecodeRune(p []byte) (r rune, size int)

解码 []byte p 中第一个 UTF-8 编码序列，返回该码值和长度。

utf8.DecodeRune([]byte("小韩说课"))
// 返回 23567 3
// 23567 就是 小 的 unicode 码值

DecodeRuneInString(s string) (r rune, size int)

解码 string s 中第一个 UTF-8 编码序列，返回该码值和长度。

utf8.DecodeRuneInString("小韩说课")
// 返回 23567 3
// 23567 就是 小 的 unicode 码值

EncodeRune(p []byte, r rune) int

将 rune r 的 UTF-8 编码序列写入 []byte p，并返回写入的字节数。p 满足足够的长度。

buf := make([]byte, 3)
n := utf8.EncodeRune(buf, '康')
fmt.Println(buf, n)
// 输出 [229 186 183] 3

FullRune(p []byte) bool

检测 []byte p 是否包含一个完整 UTF-8 编码。

buf := []byte{229, 186, 183} // 康
utf8.FullRune(buf)
// 返回 true
utf8.FullRune(buf[:2])
// 返回 false

FullRuneInString(s string) bool

检测 string s 是否包含一个完整 UTF-8 编码。

buf := "康" // 康
utf8.FullRuneInString(buf)
// 返回 true
utf8.FullRuneInString(buf[:2])
// 返回 false

RuneCount(p []byte) int

返回 []byte p 中的 UTF-8 编码的码值的个数。

buf := []byte("小韩说课")
len(buf)
// 返回 12
utf8.RuneCount(buf)
// 返回 4

RuneCountInString(s string) (n int)

返回 string s 中的 UTF-8 编码的码值的个数。

buf := "小韩说课"
len(buf)
// 返回 12
utf8.RuneCountInString(buf)
// 返回 4

RuneLen(r rune) int

返回 rune r 编码后的字节数。

utf8.RuneLen('康')
// 返回 3
utf8.RuneLen('H')
// 返回 1

RuneStart(b byte) bool

检测字节 byte b 是否可以作为某个 rune 编码的第一个字节。

buf := "小韩说课"
utf8.RuneStart(buf[0])
// 返回 true
utf8.RuneStart(buf[1])
// 返回 false
utf8.RuneStart(buf[3])
// 返回 true

Valid(p []byte) bool

检测切片 []byte p 是否包含完整且合法的 UTF-8 编码序列。

valid := []byte("小韩说课")
invalid := []byte{0xff, 0xfe, 0xfd}
utf8.Valid(valid)
// 返回 true
utf8.Valid(invalid)
// 返回 false

ValidRune(r rune) bool

检测字符 rune r 是否包含完整且合法的 UTF-8 编码序列。

valid := 'a'
invalid := rune(0xfffffff)
fmt.Println(utf8.ValidRune(valid))
// 返回 true
fmt.Println(utf8.ValidRune(invalid))
// 返回 false

ValidString(s string) bool

检测字符串 string s 是否包含完整且合法的 UTF-8 编码序列。

valid := "小韩说课"
invalid := string([]byte{0xff, 0xfe, 0xfd})
fmt.Println(utf8.ValidString(valid))
// 返回 true
fmt.Println(utf8.ValidString(invalid))
// 返回 false