Java中一个汉字究竟占几个字节？

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前言

在今天，“Java中一个汉字占几个字符”的问题，让我提起了兴趣
在我的记忆中，一个字符应该是占两个字符的。但看了他人的回答
发现自己对这方面了解非常片面，于是痛定思痛潜心学习，写下这篇博客
总结不足

文章目录

- 前言
先说答案
Unicode、UTF-8和UTF-16的关系？
一个字符为什么占两个字节？
字符编码的故事

先说答案

不同的编码格式占字节数是不同的，UTF-8编码下一个中文所占字节也是不确定的，可能是2个、3个、4个字节

在Java中，一个汉字占用的字节数取决于所使用的字符编码。不同的编码方式对于字符（包括汉字）的字节表示有不同的规定。

GB2312和GBK编码： 这两种编码是专门用于中文字符的编码方式。它们通常使用两个字节来表示一个汉字。

Unicode编码： Unicode是一个国际标准的字符编码，它统一了全球各种语言的字符。在Java中，char类型使用16位的Unicode字符集，因此无论是汉字还是其他字符，都使用两个字节（16位）来表示。然而，Unicode有多种实现方式，如UTF-8、UTF-16和UTF-32。

UTF-8编码： 这是一种变长的编码方式。在UTF-8中，英文字母和数字通常占用一个字节，而汉字则通常需要三个字节来表示，但也可能需要更多字节，具体取决于汉字的具体编码。

UTF-16编码： 在UTF-16编码中，无论是汉字还是英文字母，通常都占用两个字节（在Java的char类型中就是这样表示的）。但是，对于某些不常用的字符，UTF-16也可能使用四个字节来表示一个字符。
UTF-32编码： UTF-32使用固定的四个字节来表示任何Unicode字符，无论它是汉字还是其他字符。

其他编码： 除了上述编码方式外，Java还支持其他多种编码方式，如ISO-8859-1等。这些编码方式对于汉字的表示可能并不直接支持，或者可能使用特定的字节序列来表示汉字。

在Java中处理文本时，通常需要明确指定或了解所使用的字符编码，以确保正确地解析和存储文本数据。例如，当从文件或网络读取文本时，需要知道文件的编码方式以便正确地将字节转换为字符。同样，当将文本写入文件或发送到网络时，也需要知道目标编码方式以便正确地将字符转换为字节。

Unicode、UTF-8和UTF-16的关系？

Unicode、UTF-8和UTF-16之间的关系主要体现在字符编码和表示方式上。

首先，Unicode是一个字符集，它包含了世界上所有文字和符号的二进制代码。Unicode的主要目标是解决传统字符编码方案（如ASCII）的局限性，使得在各种语言环境下都能进行跨平台的文本转换和处理。每个字符在Unicode中都有一个唯一的码点（code point），这样就能够无歧义地表示任何字符。

然而，Unicode本身只定义了字符与码点的对应关系，并没有规定这些码点如何在计算机中存储。因此，就有了UTF-8和UTF-16这样的编码方式。

UTF-8（8-bit Unicode Transformation Format）是一种可变长度的Unicode编码方式。它使用一至四个字节来对Unicode字符集中的所有有效编码点进行编码。UTF-8的一个重要特性是它与ASCII码兼容，即ASCII码中的字符在UTF-8中的表示与其在ASCII码中的表示是完全相同的。这使得原来处理ASCII字符的软件无须或只须做少部分修改，即可继续使用UTF-8编码的文本。

UTF-16则是另一种Unicode编码方式。在UTF-16中，Unicode基本多文种平面（BMP）定义的字符（包括拉丁字母、汉字等）一律使用2字节储存。而对于辅助平面定义的字符，UTF-16会以代理对（surrogate pair）的形式，用两个2字节的值来储存。因此，UTF-16对于大部分常用字符来说，是一种固定长度的编码方式。但是，UTF-16并不兼容ASCII编码。

总的来说，Unicode是一个字符集，它定义了字符与码点的对应关系；而UTF-8和UTF-16则是Unicode字符集在实际应用中的编码方式，它们规定了如何将Unicode码点转换为具体的字节序列，以便在计算机中存储和传输。

通俗点说
Unicode：
Unicode就像是一个全球通用的字典，里面包含了世界上所有的文字、符号等字符。每个字符在Unicode字典里都有一个唯一的编号，这个编号就是字符的“码点”。

UTF-8和UTF-16：
虽然Unicode给出了每个字符的编号，但它并没有告诉我们这些编号如何在电脑中存储。UTF-8和UTF-16就是两种存储Unicode编号的方法。

UTF-8：
UTF-8像一个聪明的翻译，能把Unicode的编号翻译成电脑能懂的语言。它有个特点，就是翻译简单的字符（比如英文字母）时，用的语言很短；翻译复杂的字符（比如汉字或者一些特殊符号）时，用的语言会长一些。这样做的好处是，如果一篇文章里有很多简单的字符，那么整体占用的空间就会比较小。

UTF-16：
UTF-16则像一个固定的翻译，它给每个Unicode编号一个固定长度的翻译。大部分常用的字符（包括汉字和英文字母）都用两个字节（也就是16位）来表示。但是，对于某些特殊的、不常用的字符，UTF-16会用四个字节来表示。UTF-16的好处是，处理每个字符时都很直接，不需要考虑字符的复杂程度。

总结一下，Unicode是字符的“身份证”，而UTF-8和UTF-16则是这些“身份证”在电脑中的不同存储方式。UTF-8更节省空间，而UTF-16处理起来更简单。在实际应用中，我们可以根据需要选择使用哪种编码方式。

一个字符为什么占两个字节？

 public static void main(String[] args) {
        System.out.printf("The max value of char is %d",(int)Character.MAX_VALUE);
        System.out.println();
        System.out.printf("The min value of char is %d",(int)Character.MIN_VALUE);
    }

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说明char的范围从0到65535，那么正好是两个字节所能表示的范围(65535十六进制就是0xFFFF，一个字节能表示0~ 0xFF，两个字节能表示0~0xFFFF)，所以说一个char占两个字节

所以char里面究竟放的什么？

  public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        char c = '帅';
        System.out.printf("The value of char %c is %d", c, (int)c);
        System.out.println();
        String str = String.valueOf(c);
             byte[] bys = str.getBytes("Unicode");
             for (int i = 0; i < bys.length; i++) {
                     System.out.printf("%X ", bys[i]);
                 }
             System.out.println();

             int unicode = (bys[2] & 0xFF) << 8 | (bys[3 & 0xFF]);
             System.out.printf("The unicode value of %c is %d.%n", c, unicode);
    }

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首先你看到，这个char的值是24069，那他是什么呢？先不管它，接着我把这个char放在一个String里，并进行Unicode编码，得到四个字节FE FF 5E 5，前面两个实际上与内容无关，是BOM，即字节序标识，FE FF表示是Big Endian，也就是高位在前，低位在后，所以按照这个规则，讲5E05转换为10进制int，发现最后输出24069，也就是这个字符的Unicode值是24069，所以你现在知道一个char到底存储的是什么了吧。

字符编码的故事

很久很久以前，有一群人，他们决定用8个可以开合的晶体管来组合成不同的状态，以表示世界上的万物。他们认为8个开关状态作为原子单位很好，于是他们把这称为"字节"。

再后来，他们又做了一些可以处理这些字节的机器，机器开动了，可以用字节来组合出更多的状态，状态开始变来变去。他们看到这样是好的，于是它们就这机器称为"计算机"。

开始计算机只在美国用。八位的字节一共可以组合出256（2的8次方）种不同的状态。

他们把其中的编号从0开始的32种状态分别规定了特殊的用途，一但终端设备或者打印机遇上这些约定好的字节时，就要做一些约定的动作。遇上 00x10, 终端就换行，遇上0x07, 终端就向人们嘟嘟叫，例好遇上0x1b, 打印机就打印反白的字，对于终端就用彩色显示字母。他们看到这样很好，于是就把这些0x20（十进制32）以下的字节状态称为"控制码"。

他们又把所有的空格、标点符号、数字、大小写字母分别用连续的字节状态表示，一直编到了第127号，这样计算机就可以用不同字节来存储英语的文字了。大家看到这样，都感觉很好，于是大家都把这个方案叫做 ANSI 的"Ascii"编码（American Standard Code for Information Interchange，美国信息互换标准代码）。当时世界上所有的计算机都用同样的ASCII方案来保存英文文字。

后来，就像建造巴比伦塔一样，世界各地的都开始使用计算机，但是很多国家用的不是英文，他们用到的许多字母在ASCII中根本没有，为了也可以在计算机中保存他们的文字，他们决定采用127号之后的空位来表示这些新的字母、符号，还加入了很多画表格时需要用下到的横线、竖线、交叉等形状，一直把序号编到了最后一个状态255。从128到255这一页的字符集被称"扩展字符集"。从此之后，贪婪的人类再没有新的状态可以用了，美帝国主义可能没有想到还有第三世界国家的人们也希望可以用到计算机吧！

等中国人们得到计算机时，已经没有可以利用的字节状态来表示汉字，况且有6000多个常用汉字需要保存呢。但是这难不倒智慧的中国人民，我们不客气地把那些127号之后的奇异符号们直接取消掉，并且规定：一个小于127的字符的意义与原来相同，但两个大于127的字符连在一起时，就表示一个汉字，前面的一个字节（他称之为高字节）从0xA1用到 0xF7，后面一个字节（低字节）从0xA1到0xFE，这样我们就可以组合出大约7000多个简体汉字了。在这些编码里，我们还把数学符号、罗马希腊的字母、日文的假名们都编进去了，连在 ASCII 里本来就有的数字、标点、字母都统统重新编了两个字节长的编码，这就是常说的"全角"字符，而原来在127号以下的那些就叫"半角"字符了。

中国人民看到这样很不错，于是就把这种汉字方案叫做"GB2312"。GB2312 是对 ASCII 的中文扩展。

但是中国的汉字太多了，我们很快就就发现有许多人的人名没有办法在这里打出来，特别是某些很会麻烦别人的国家领导人（如**的“”字）。于是我们不得不继续把 GB2312 没有用到的码位找出来老实不客气地用上。

后来还是不够用，于是干脆不再要求低字节一定是127号之后的内码，只要第一个字节是大于127就固定表示这是一个汉字的开始，不管后面跟的是不是扩展字符集里的内容。结果扩展之后的编码方案被称为 GBK 标准，GBK 包括了 GB2312 的所有内容，同时又增加了近20000个新的汉字（包括繁体字）和符号。

后来少数民族也要用电脑了，于是我们再扩展，又加了几千个新的少数民族的字，GBK 扩成了 GB18030。从此之后，中华民族的文化就可以在计算机时代中传承了。

中国的程序员们看到这一系列汉字编码的标准是好的，于是通称他们叫做 “DBCS”（Double Byte Charecter Set 双字节字符集）。在DBCS系列标准里，最大的特点是两字节长的汉字字符和一字节长的英文字符并存于同一套编码方案里，因此他们写的程序为了支持中文处理，必须要注意字串里的每一个字节的值，如果这个值是大于127的，那么就认为一个双字节字符集里的字符出现了。那时候凡是受过加持，会编程的计算机僧侣们都要每天念下面这个咒语数百遍：

“一个汉字算两个英文字符！一个汉字算两个英文字符……”

因为当时各个国家都像中国这样搞出一套自己的编码标准，结果互相之间谁也不懂谁的编码，谁也不支持别人的编码，连大陆和台湾这样只相隔了150海里，使用着同一种语言的兄弟地区，也分别采用了不同的 DBCS 编码方案——当时的中国人想让电脑显示汉字，就必须装上一个"汉字系统"，专门用来处理汉字的显示、输入的问题，但是那个台湾的愚昧封建人士写的算命程序就必须加装另一套支持 BIG5 编码的什么"倚天汉字系统"才可以用，装错了字符系统，显示就会乱了套！这怎么办？而且世界民族之林中还有那些一时用不上电脑的穷苦人民，他们的文字又怎么办？

真是计算机的巴比伦塔命题啊！

正在这时，大天使加百列及时出现了——一个叫 ISO （国际标谁化组织）的国际组织决定着手解决这个问题。他们采用的方法很简单：废了所有的地区性编码方案，重新搞一个包括了地球上所有文化、所有字母和符号的编码！他们打算叫它"Universal Multiple-Octet Coded Character Set"，简称 UCS, 俗称 “UNICODE”。

UNICODE 开始制订时，计算机的存储器容量极大地发展了，空间再也不成为问题了。于是 ISO 就直接规定必须用两个字节，也就是16位来统一表示所有的字符，对于ascii里的那些"半角"字符，UNICODE 包持其原编码不变，只是将其长度由原来的8位扩展为16位，而其他文化和语言的字符则全部重新统一编码。由于"半角"英文符号只需要用到低8位，所以其高 8位永远是0，因此这种大气的方案在保存英文文本时会多浪费一倍的空间。

这时候，从旧社会里走过来的程序员开始发现一个奇怪的现象：他们的strlen函数靠不住了，一个汉字不再是相当于两个字符了，而是一个！是的，从 UNICODE 开始，无论是半角的英文字母，还是全角的汉字，它们都是统一的"一个字符"！同时，也都是统一的"两个字节"，请注意"字符"和"字节"两个术语的不同， "字节"是一个8位的物理存贮单元，而"字符"则是一个文化相关的符号。在UNICODE 中，一个字符就是两个字节。一个汉字算两个英文字符的时代已经快过去了。

从前多种字符集存在时，那些做多语言软件的公司遇上过很大麻烦，他们为了在不同的国家销售同一套软件，就不得不在区域化软件时也加持那个双字节字符集咒语，不仅要处处小心不要搞错，还要把软件中的文字在不同的字符集中转来转去。UNICODE 对于他们来说是一个很好的一揽子解决方案，于是从 Windows NT 开始，MS 趁机把它们的操作系统改了一遍，把所有的核心代码都改成了用 UNICODE 方式工作的版本，从这时开始，WINDOWS 系统终于无需要加装各种本土语言系统，就可以显示全世界上所有文化的字符了。

但是，UNICODE 在制订时没有考虑与任何一种现有的编码方案保持兼容，这使得 GBK 与UNICODE 在汉字的内码编排上完全是不一样的，没有一种简单的算术方法可以把文本内容从UNICODE编码和另一种编码进行转换，这种转换必须通过查表来进行。

如前所述，UNICODE 是用两个字节来表示为一个字符，他总共可以组合出65535不同的字符，这大概已经可以覆盖世界上所有文化的符号。如果还不够也没有关系，ISO已经准备了UCS-4方案，说简单了就是四个字节来表示一个字符，这样我们就可以组合出21亿个不同的字符出来（最高位有其他用途），这大概可以用到银河联邦成立那一天吧！

UNICODE 来到时，一起到来的还有计算机网络的兴起，UNICODE 如何在网络上传输也是一个必须考虑的问题，于是面向传输的众多 UTF（UCS Transfer Format）标准出现了，顾名思义，UTF8就是每次8个位传输数据，而UTF16就是每次16个位，只不过为了传输时的可靠性，从UNICODE到 UTF时并不是直接的对应，而是要过一些算法和规则来转换。

受到过网络编程加持的计算机僧侣们都知道，在网络里传递信息时有一个很重要的问题，就是对于数据高低位的解读方式，一些计算机是采用低位先发送的方法，例如我们PC机采用的 INTEL 架构；而另一些是采用高位先发送的方式。在网络中交换数据时，为了核对双方对于高低位的认识是否是一致的，采用了一种很简便的方法，就是在文本流的开始时向对方发送一个标志符——如果之后的文本是高位在位，那就发送"FEFF"，反之，则发送"FFFE"。不信你可以用二进制方式打开一个UTF-X格式的文件，看看开头两个字节是不是这两个字节？