UTF-8(7)

NAZWA
UTF-8 - zgodne z ASCII wielobajtowe kodowanie Unikodowe

OPIS
Zestaw znaków Unicode 3.0 zajmuje szesnastobitową przestrzeń kodową. Najprostsze kodowanie Unikodowe (znane jako UCS-2) składa się z sekwencji słów szesnastobitowych. Takie łańcuchy mogą zawierać jako część wielu znaków 16-bitowych bajty takie jak '\0' lub '/', które mają specjalne znaczenie w nazwach plików i innych parametrach funkcji z biblioteki C. Dodatkowo, większość narzędzi uniksowych spodziewa się plików ASCII i nie potrafi bez znacznych modyfikacji czytać słów 16-bitowych jako znaków. Z tych powodów UCS-2 nie jest pożądanym zewnętrznym kodowaniem Unicode w nazwach plików, plikach tekstowych, zmiennych środowiskowych itd. ISO 10646 Universal Character Set (UCS), nadzbiór Unicode, zajmuje nawet przestrzeń 31-bitową i oczywiste dlań kodowanie UCS-4 (sekwencja słów 32-bitowych) stwarza te same problemy. Kodowanie UTF-8 dla Unicode i UCS nie ma tych problemów i jest słuszną metodą używania zestawu znaków Unicode w systemach operacyjnych wzorowanych na UNIX-ie.

WŁAŚCIWOŚCI
Kodowanie UTF-8 ma następujące przydatne właściwości:

*   UCS znaki od 0x00000000 do 0x0000007f (klasyczne znaki US-ASCII) zakodowane są po prostu jako bajty 0x00 do 0x7f (zgodność z ASCII). Oznacza to, że pliki i łańcuchy które zawierają tylko siedmiobitowe znaki ASCII mają takie samo kodowanie i w ASCII i w UTF-8.

*   Wszystkie znaki UCS > 0x7f zakodowane są jako wielobajtowy ciąg składający się tylko z bajtów w zakresie 0x80 do 0xfd, tak więc żadne bajty ASCII nie moga się pojawić jako część innego znaku i nie występują tam problemy z np.

*   Zachowany jest leksykograficzny porządek sortowania łańcuchów w UCS-4.

*   Za pomocą UTF-8 można zakodować wszystkie z możliwych 2^31 kodów UCS.

*   Bajty 0xfe i 0xff nie są nigdy używane w kodowaniu UTF-8.

*   Pierwszy bajt ciągu wielobajtowego reprezentującego pojedynczy znak UCS nie-ASCII zawsze zawiera się w zakresie 0xc0 do 0xfd i wskazuje jak długi jest ów ciąg. Wszystkie pozostałe bajty takiego wielobajtowego ciągu zawierają się w zakresie od 0x80 do 0xbf. Pozwala to na łatwą resynchronizację i sprawia, że kodowanie jest niezależne od stanu [systemu] oraz odporne na brakujące bajty.

*   Znaki UCS zakodowane w UTF-8 mogą mieć długość do sześciu bajtów, jakkolwiek standard Unicode nie definiuje znaków powyżej 0x10ffff, więc znaki Unicode mogą mieć maksymalnie cztery bajty w UTF-8.

KODOWANIE
Do reprezentacji znaku używane są następujące ciągi bajtów. Ciąg, którego należy użyć zależy od numeru kodu UCS znaku:

0x00000000 - 0x0000007F:
    0xxxxxxx

0x00000080 - 0x000007FF:
    110xxxxx 10xxxxxx

0x00000800 - 0x0000FFFF:
    1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

0x00010000 - 0x001FFFFF:
    11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

0x00200000 - 0x03FFFFFF:
    111110xx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

0x04000000 - 0x7FFFFFFF:
    1111110x 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

Pozycje bitowe xxx zostają wypełnione bitami numeru kodu znaku w reprezentacji dwójkowej. Może zostać użyty tylko najkrótszy możliwy wielobajtowy ciąg, która reprezentuje numer kodowy danego znaku.

Wartości kodowe UCS 0xd800–0xdfff (zastępujące UTF-16), jak też 0xfffe i 0xffff (nie-znaki w UCS) nie powinny wystąpić w strumieniach zgodnych z UTF-8.

PRZYKŁADY
Znak Unicode 0xa9 = 1010 1001 (znak copyright) kodowany jest w UTF-8 jako

    11000010 10101001 = 0xc2 0xa9

a znak 0x2260 = 0010 0010 0110 0000 (symbol "nie równa się") kodowany jest jako:

    11100010 10001001 10100000 = 0xe2 0x89 0xa0

UWAGI O STOSOWANIU
Aby włączyć obsługę UTF-8 w aplikacjach, użytkownicy muszą wybrać locale UTF-8, na przykład poprzez

    export LANG=en_GB.UTF-8

Oprogramowanie, które musi wiedzieć, jakie kodowanie znaków jest używane powinno zawsze ustawiać locale, na przykład za pomocą

    setlocale(LC_CTYPE, "")

a programiści mogą wówczas sprawdzać wartość wyrażenia

    strcmp(nl_langinfo(CODESET), "UTF-8") == 0

aby określić, czy zostało wybrane locale UTF-8 i czy wszystko: standardowe wprowadzanie i wyprowadzanie danych otwartym tekstem, komunikacja terminalowa, zawartosc plików tekstowych oraz zmienne środowiska, jest zakodowane w UTF-8.

Programiści przyzwyczajeni do jednobajtowego kodowania takiego, jak US-ASCII lub ISO 8859 muszą wiedzieć, że dwa z dotychczasowych założeń nie są spełnione w locale UTF-8. Po pierwsze, pojedynczy bajt niekoniecznie nadal odpowiada pojedynczemu znakowi. Po drugie, ponieważ nowoczesne emulatory terminali w trybie UTF-8 wspierają również chińskie, japońskie i koreańskie znaki o podwójnej długości, jak też nie rozdzielone znaki kombinowane, wyprowadzenie pojedynczego znaku niekoniecznie przesuwa kursor o jedną pozycję, jak to miało miejsce w ASCII. Do zliczania znaków i pozycji kursora należy obecnie używać funkcji bibliotecznych takich, jak mbsrtowcs(3) i wcswidth(3).

Oficjalną sekwencją unikową przełączającą ze schematu kodowania ISO 2022 (używaną na przykład przez terminale VT100) do UTF-8 jest ESC % G ("\x1b%G"). Odpowiadającą jej sekwencją powrotu z UTF-8 do ISO 2022 jest ESC % @ ("\x1b%@"). Inne sekwencje ISO 2022 (takie jak przełączające zbiory G0 i G1) nie mają zastosowania w trybie UTF-8.

Można mieć nadzieję, że w przewidywalnej przyszłości UTF-8 zastąpi na wszystkich poziomach ASCII i ISO 8859 jako wspólne kodowanie znaków w systemach POSIX-owych, doprowadzając do znacznego wzbogacenia środowiska obsługi czystego tekstu.

ZABEZPIECZENIA
Standardy Unicode i UCS wymagają, aby przy generowaniu UTF-8 używać najkrótszej z możliwych postaci, np. generowanie dwubajtowej sekwencji o pierwszym bajcie 0xc0 nie jest zgodne ze standardem. Unicode 3.1 dodał wymaganie, aby zgodne ze standardem programy nie akceptowały innych niż najkrótsze postaci jako swoich danych wejściowych. Jest to związane z bezpieczeństwem: jeśli wprowadzane przez użytkownika dane są sprawdzane pod kątem możliwych naruszeń bezpieczeństwa, program może sprawdzać jedynie wersje ASCII wystąpień "/../", ";" lub NUL i przeoczyć, że jest wiele niezgodnych z ASCII sposobów przedstawienia tych rzeczy w nie-najkrótszym kodowaniu UTF-8.

STANDARDY
ISO/IEC 10646-1:2000, Unicode 3.1, RFC 2279, Plan 9.

AUTOR
Markus Kuhn <mgk25@cl.cam.ac.uk>

ZOBACZ TAKŻE
nl_langinfo(3), setlocale(3), charsets(7), unicode(7)