我们都知道Unicode的大部分字符都是都是使用16位编码，即2个字节表示。

这也是为什么正则匹配中，Unicode使用“\uxxxx”进行匹配的原因

为什么说是大部分呢？因为还有一个神奇的区域，叫做Unicode代理对。它们需要使用4个字节来表示一个字符。

这里就给大家做介绍。

问题来源

Unicode的产生是为了处理不同语言之间的编码不兼容问题。

比如如果中文和日文的不同文字使用了同一个编码值进行表示，那么一篇中文的软件/操作系统中创作的文章，到了日文软件/操作系统中显示就会出现乱码。

Unicode期望规定一种通用的文字编码方式能够唯一的表示所有的文字字符。这样只要所在的软件/操作系统支持Unicode，任何文章都能在这些电脑上保持一致的字符显示。

显然，为了支持任意的文字，Unicode需要保证其编码范围要大于所有的文字字符数量。

那么，Unicode使用16位编码能够最多表示 ${2^{16}=65536}$，这对于当前常见的主要语言的字符，数学符号等已经基本够用。

但是值得注意的是，世界上还有很多小语种，古代语种，另外语言也会自行发展，例如近两年发展出来的emoji字符等等。如果他们也加入Unicode，那么16位编码空间就远远不够了。

设计方案

为了支持更多的字符，最简单的方法就是增加编码空间，比如3个字节或者4个字节表示一个字。

但是问题来了，如果统一使用4个字节编码，那就意味着同样一篇文章的内容，4字节编码会比2字节编码的体积，增大一倍。这对于存储和网络传输都是非常大的影响。

而且，由于我们的常用字符大部分只需要2个字节就能表示。所以这些额外的空间在大部分情况下，都是白白“浪费”了。

那么有没有一种方案，能够针对常用字符仅使用2个字节表示，对于小语种等其他语言的字符使用更多字节来表示呢？

“自然增长”方案

我们最容易想到的方案是“自然增长”的方案。即，先使用完低位的空间，当空间不够时，再增加高位空间。

例如最早的ASCII码只用了1个字节，到了编码空间不够时，再增加空间。

但是这种方式并不能解决刚刚提出的空间问题，因为它存在前导字符识别的问题。

举个栗子

image-20200222161927215

这里我创建了一个自定义字符，使用“\u12345678”四个字节表示。

但是实际上计算机解析时，他会把这个字符解析为“\u1234”和“\u5678”两个字符。

因为他不知道什么时候该按2个字节解析，什么时候该按4个字节解析。

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代理对方案

Unicode采用了代理对（Surrogate Pair）来解决。

他选择了 D800-DBFF编码范围作为前两个字节（utf-16高半区），DC00-DFFF作为后两个字节（utf-16低半区），组成一个四个字节表示的字符。

当软件解析到Unicode连续4个字节的前两个是utf-16高半区，后两个是utf-16低半区，他就会把它识别为一个字符。如果配对失败，或者顺序颠倒则不显示。

D800-DBFF可表示的编码范围有10位，DC00-DFFF可表示的编码范围也有10位，加起来就是20位（00000-FFFFF），这样就可以表示${2^{20}}$个字符。在可见的未来都不会出现不够使用的情况。

而且代理对区间的编码不能单独映射字符，因此不会产生识别错误。

处理字符映射

我们通过代理对解决了编码问题，但是对于人类阅读来说，“\uD800DC00”的表示方法还是太复杂。

而且和基本的两字节表示的Unicode编码放在一起看，并不连续。

因此Unicode将这20位的编码空间映射到了 10000-10FFFF，这样就能和2个字节 0000-FFFF表示的编码空间在一起连续表示了。

所以\uD800\uDC00=\u10000，这也是我们部分语言调试下对emoji字符的码值显示会出现5个HEX的原因。

Unicode平面

Unicode将 000000-10FFFF划分成了17个大小为FFFF的编码空间，其中000000-00FFFF就是我们最常用的字符，叫做0号平面，由2个字节组成。而其他的16个平面叫做辅助平面，由四个字节的代理对生成。

每个功能可以划分特定使用方式，这样就能实现编码和表意的统一，通过编码范围识别出字符所属的用途。例如第二辅助平面主要放置中日韩语言中一些罕见的字符。

代码识别

最后一个问题是编程语言识别问题，由于存在代理对，许多语言的string.length方法会将代理对中的字符（如emoji）个数识别成2个。这样会造成一些诸如光标定位，字符提取等方面的问题。

对于JavaScript，ES6中有String.fromCodePoint()，codePointAt()，for…of循环等方式处理。

具体可以参见阮一峰的博客字符串的新增方法 - ECMAScript 6入门

String.fromCharCode(0x20BB7)
// "ஷ"

let s = '𠮷a';
s.codePointAt(0) // 134071
s.codePointAt(1) // 57271

s.codePointAt(2) // 97

for (let x of 'a\uD83D\uDC0A') {
  console.log(x);
}
// 'a'
// '\uD83D\uDC0A'

对于C#来说可以使用StringInfo进行处理，详情可以参见我的博客2019-11-10-使用StringInfo正确查找字符个数 - huangtengxiao

参考文档：

本文会经常更新，请阅读原文： https://dotnet-campus.github.io//post/Unicode%E4%BB%A3%E7%90%86%E5%AF%B9.html ，以避免陈旧错误知识的误导，同时有更好的阅读体验。

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