JavaScript如何实现UTF-16编码转换为UTF-8编码——utfx.js源码解析
概述
当你在前端需要通过二进制数据与服务端进行通信时,你可能会遇到二进制数据的编码问题。大部分服务端的字符串编码类型都为UTF-8,而JavaScript中字符串编码类型是UTF-16,因此,你需要一个能够将字符串在两种编码方式间进行转换的方法。
本文通过对utfx.js这个库的代码进行分析,带大家深入了解UTF8和UTF16这两种编码方式在JavaScript中的转换方法,同时加深对Unicode中UTF-8和UTF-16两种编码方式的具体原理的理解。
本文的主要内容为:
- utfx.js API简单介绍
- UTF-16编码转换为UTF-8编码
- UTF-8编码字符串长度计算
- 实验性功能:window.TextEncoder
如果有读者不了解Unicode中UTF-8和UTF-16两种编码方式的具体原理,可以阅读我的前一篇博客——Unicode中UTF-8与UTF-16编码详解。
如果有读者想要了解该库相关的转换使用场景,可以阅读我之前的博客WebSocket系列之JavaScript字符串如何与二进制数据间进行互相转换。
utfx.js API简介
在进行具体的代码详解之前,我们先来了解下我们需要介绍的库——utfx.js。我们只有了解了这个库的使用方法,我们才能够更好的理解源码。
utfx.js代码不多,一共只有八个API接口,分别为:
- encodeUTF8:将UTF-8编码的字符串code码转换为二进制bytes。
- decodeUTF8:将UTF-8编码的二进制bytes解码城字符串code码。
- UTF16toUTF8:将UTF-16的字符转换为UTF-8的code码。
- UTF8toUTF16:将UTF-8的code码转换为UTF-16的字符。
- encodeUTF16toUTF8:将UTF-16编码的字符转换为UTF-8编码的bytes。
- decodeUTF8toUTF16:将UTF-8编码的bytes转换为UTF-16编码的字符。
- calculateCodePoint:计算UTF-8编码下的字符长度。
- calculateUTF8:计算需要用来存储UTF-8编码code码的bytes的长度。
- calculateUTF16asUTF8:计算UTF-16编码的字符在转换成UTF-8后需要的存储长度。
下面,我们将挑选几个具有代表性的API,针对其实现的具体代码来进行分析,帮助大家快速理解这两种编码方式。
UTF-16编码转换为UTF-8编码
下面让我们来看下如何将UTF-16编码的数据转换为UTF-8编码的数据。
当我们需要把UTF-16的数据转换为UTF-8编码的数据时,最好的方法肯定是将UTF-16编码的数据转换为通用的Unicode码,在进行UTF-8编码。我们通过UTF16toUTF8和encodeUTF8方法的代码来进行具体解析。
UTF16toUTF8
这个函数名看上去是直接将UTF-16编码的bytes数据转换为UTF-8编码的的Bytes数据。其实是,将UTF-16编码的bytes数据转换为Unicode对应的二进制数据。
/** * UTF16数据转换到Unicode数据 * @param src 数据源,类型为Function,调用一次返回1 Byte数据,如果到达字符串末尾则返回null * @param dst 处理函数,类型为Function,得到的Bytes作为参数传递给dst函数 */ utfx.UTF16toUTF8 = function (src, dst) { var c1, c2 = null; while (true) { // 到达结尾调用src函数得到null后会进入此分支逻辑 if ((c1 = c2 !== null ? c2 : src()) === null) break; //Unicode标准规定,U+D800~U+DFFF的值不对应任何字符,即专门用来判断是否为高位代理 if (c1 >= 0xD800 && c1 <= 0xDFFF) { if ((c2 = src()) !== null) { // 如果Unicode码范围超过U+FFFF则会进入此分支逻辑(两段:第一段大于U+D800,第二段大于U+DC00) if (c2 >= 0xDC00 && c2 <= 0xDFFF) { // 第一步:用c1还原高10位;第二步:用c2还原低十位;第三步:加上减去的0x10000 dst((c1 - 0xD800) * 0x400 + c2 - 0xDC00 + 0x10000); c2 = null; continue; } } } dst(c1); } if (c2 !== null) dst(c2); };
根据代码和上面的注释,大家应该就能看懂对应代码,因此在此不做过多赘述。我们接着看将Unicode码转换为UTF-8编码的方法。
encodeUTF8
该方法是将Unicode码进行UTF-8编码转换,从而得到UTF-8编码的Bytes数据。
/** * Unicode数据转换为UTF-8数据 * @param src 数据源,类型为Function,调用一次返回1 Byte数据,如果到达字符串末尾则返回null * @param dst 处理函数,类型为Function,得到的Bytes作为参数传递给dst函数 */ utfx.encodeUTF8 = function (src, dst) { var cp = null; if (typeof src === 'number') cp = src, src = function () {return null;}; while (cp !== null || (cp = src()) !== null) { if (cp < 0x80) // 1 byte存储情况 dst(cp & 0x7F); else if (cp < 0x800) // 2 byte存储情况 dst(((cp >> 6) & 0x1F) | 0xC0), dst((cp & 0x3F) | 0x80); else if (cp < 0x10000) // 3 byte存储情况 dst(((cp >> 12) & 0x0F) | 0xE0), dst(((cp >> 6) & 0x3F) | 0x80), dst((cp & 0x3F) | 0x80); else // 4 byte存储情况 dst(((cp >> 18) & 0x07) | 0xF0), dst(((cp >> 12) & 0x3F) | 0x80), dst(((cp >> 6) & 0x3F) | 0x80), dst((cp & 0x3F) | 0x80); cp = null; } };
上面的代码与UTF-8编码规范中的方式基本一致,如果没有理解相关规范,可以先阅读本文概述中提到的前一篇博客。
编码字符串长度计算
当我们给出一串Unicode码时,我们需要知道申请多大的ArrayBuffer来进行转换后的数据存储。正好,这个库还提供了根据Unicode码的长度或者UTF-16编码格式的数据来计算UTF-8数据的存储长度。
下面我们来介绍calculateUTF8
和calculateUTF16asUTF8
这两个方法。
calculateUTF8
该方法是通过Unicode码来计算转换为UTF-8编码后所占存储长度。
/** * 根据Unicode编码来计算转换成UTF-8编码后需要的存储长度 * @param src 数据源,类型为Function,调用一次返回1 Byte数据,如果到达字符串末尾则返回null */ utfx.calculateUTF8 = function (src) { var cp, l = 0; while ((cp = src()) !== null) // 占1 Byte的范围是0~0x7F;占2 Byte的范围是0x80~0x7FF;占三个字节的范围是0x800~0xFFFF;占4个字节的范围为:0x10000~0x10FFFF l += (cp < 0x80) ? 1 : (cp < 0x800) ? 2 : (cp < 0x10000) ? 3 : 4; return l; };
根据上面的的代码和UTF-8的编码规范,我们就能够很容易理解这种宽度计算的方法。
calculateUTF16asUTF8
该方法是通过UTF16的数据来计算转换为Unicode码和转换为UTF-8编码后所占存储长度。
/** * 根据UTF-16编码的Bytes来计算转换为Unicode的长度和转换成UTF-8编码后需要的存储长度 * @param src 数据源,类型为Function,调用一次返回1 Byte数据,如果到达字符串末尾则返回null */ utfx.calculateUTF16asUTF8 = function (src) { var n = 0, l = 0; utfx.UTF16toUTF8(src, function (cp) { ++n; l += (cp < 0x80) ? 1 : (cp < 0x800) ? 2 : (cp < 0x10000) ? 3 : 4; }); return [n, l]; };
该方法通过之前介绍的将UTF-16编码转换为Unicode码的方法获取到Unicode数据,再进行计算,返回了Unicode码的长度和UTF-8编码后长度。
window.TextEncoder与Window.TextDecoder
这是两个处在实验性的新构造函数,通过创建编码器(TextEncode
对象)和解码器(TextDecode
对象)来实现JavaScript中string类型与UTF-8编码数据中的互相转换。
构造方法将会返回一个UTF-8编码的,使用方法如下:
let encoder = new TextEncoder(); let decoder = new TextDecoder(); let unit8Array = encoder.encode('a'); // 返回一个Unit8Array类型——[97] let str = decoder.decode(arr); // 返回一个值为'a'的字符串
目前,这项新技术的的兼容性仍然存在很大问题,只有Chrome 38、Firefox 19以及Opera 25以上才支持,其他主流的浏览器如IE和Safari都还没有任何支持,因此在生产环节中需要慎重使用。
总结
本文对实现了Unicode中UTF-8和UTF-16这两种编码方式的库——utfx.js进行了部分代码分析。通过看到具体的代码实现,相信大家应该能够更加好的理解这两种编码方式的具体规范,以及对应的使用方式和场景。