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端序記號

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端序記號,或稱位元組順序記號(英語:byte-order markBOM)是位於碼點U+FEFF統一碼字符的名称。當以UTF-16UTF-32來將UCS/統一碼字符所組成的字串編碼時,這個字符被用來標示其端序。它也被用來當做標示文件是以UTF-8UTF-16UTF-32編碼的記號。

端序記號通常有幾種涵義[1]

  1. 在16位元和32位元的情況下,文字流的端序
  2. 表示文字流非常有可能是統一碼編碼。
  3. 使用的是哪一種統一碼字元編碼

端序記號的使用是選擇性的。它的存在會干擾那些不希望檔案開頭出現非ASCII字元、但可以用其他方式處理文字流的軟體對於UTF-8的使用。

統一碼可以以8位元、16位元或32位元整數為單位進行編碼。對於16位元和32位元的表示方法,從任意來源接收文本的電腦需要知道整數是以何種端序編碼的。端序記號的編碼方式與文件檔案的其他部分相同,如果它的位元組被調換,就會變成一個非字元的統一碼碼位。因此,訪問文本的過程中,可以透過檢查這頭幾個位元組來確定端序,而不需要文字流本身以外的一些約定或元資料。一般來說,如果有必要,接收資料的電腦會將位元組換成自己的端序,不再需要端序記號進行處理。

每個統一碼編碼(包括統一碼標準以外的編碼,如UTF-7,見下表)的BOM位元組序列都不一樣,而且這些序列都不可能出現在以其他編碼儲存的文字流的開頭。因此,在文字流的開頭放置一個編碼的BOM,可以表明文本是統一碼,並識別所使用的編碼方案。這種對BOM字元的使用被稱為「統一碼簽名」[2]

使用

字符U+FEFF如果出现在字节流的开头,则用来标识该字节流的字节序,是高位在前还是低位在前。如果它出现在字节流的中间,则表达零寬度非换行空格的意义,用户看起来就是一个空格。从Unicode3.2开始,U+FEFF只能出现在字节流的开头,只能用于标识端序,就如它的名称——端序記號——所表示的一样;除此以外的用法已被捨棄。取而代之的是,使用U+2060來表达零寬度無斷空白。

UTF-8

雖然在統一碼標準中,允許UTF-8也中使用端序記號[3],但實際上並不一定需要[4]。UTF-8編碼過的端序記號則被用來標示它是UTF-8的文件。它只用來標示一個UTF-8的檔案,而不用來說明端序[5]。但同時,該標準也不建議在有端序記號的情況下將其刪除,以便在不同的編碼之間轉換時不會丟失資訊,並讓依賴端序記號的程式能順利運作[6][7]。IETF建議,如果一個協議(a)總是使用UTF-8,或者(b)有一些其他方法來表明正在使用的編碼,那麼它「應該禁止使用U+FEFF作為簽名」[8]。 許多視窗程式(包含記事本)會需要添加端序記號到UTF-8檔案,否則將無法正確解析編碼,而出現亂碼。然而,在類Unix系統(大量使用文本文件,用於檔案格式,用於行程間通訊)中,這種做法則不被建議採用。因為它會妨礙到如解譯器腳本開頭的Shebang等的一些重要的碼的正確處理。它亦會影響到無法識別它的程式語言。如gcc會報告源碼檔開頭有無法識別的字符。而在PHP中,如果沒有啟用輸出緩衝(output buffering),它會使得頁面內容開始被送往瀏覽器(即:用戶標頭檔已被送出),這使PHP腳本無法指定用戶標頭檔(HTTP Header)。端序記號在UTF-8中被表示為序列0xEF 0xBB 0xBF,對大部分未準備好處理UTF-8的文本編輯器網頁瀏覽器而言,在ISO-8859-1的環境中則會顯示

統一碼標準允許在UTF-8中使用BOM,但並不要求或推薦使用它。端序在UTF-8中沒有任何意義,所以它在UTF-8中的唯一用途是在開始時發出信號,表明文本流是用UTF-8編碼的,或者表明它是從包含可選BOM的文本流轉換到UTF-8的。該標準也不建議在有BOM的情況下將其刪除,以便在不同的編碼之間往返不會丟失信息,並使依賴BOM的代碼繼續工作。 IETF建議,如果一個協議要么(a)總是使用UTF-8,要么(b)有一些其他方法來表明正在使用的編碼,那麼它 "應該禁止使用U+FEFF作為簽名"。

UTF-8是一種稀疏的編碼,意思是很大一部分可能的字元組合不會產生有效的UTF-8文本。任何其他編碼的二進制資料和文本都可能包含UTF-8無效的字元序列,唯一的例外是當文本純粹由ASCII範圍的字元組成的時候。因為所有的現代編碼都使用ASCII範圍的位元組來表示ASCII字元,所以無論發出這些位元組的系統打算使用什麼編碼,純ASCII的文本都可以被安全地解釋為UTF-8。由於這些考慮,使用啟發式的分析方法可以很有把握地檢測出文件是否使用UTF-8,而不需要加入BOM。 另一方面,微軟的編譯器[9]和解釋器,以及許多Microsoft Windows上的軟體,如記事本,都將BOM視為一個必要的神奇數字,而不是使用啟發式分析法。這些工具在將文本保存為UTF-8時添加了BOM,並且只有在BOM存在或是文件只包含ASCII字元時才能解釋UTF-8。Windows PowerShell(截至5.1版本)在保存UTF-8的XML文件檔時,會添加一個BOM。然而,PowerShell Core 6在一些cmdlets上增加了一個-Encoding開關,稱為「utf8NoBOM」,這樣就可以在沒有BOM的情況下保存文件檔。Google文件在將文件檔轉換為純文本文件以供下載時也會添加BOM。

UTF-16

UTF-16中,端序記號被放置為檔案或文字串流的第一個字符,以標示在此檔案或文字串流中,以所有十六位元為單位的字碼的端序。如果試圖用錯誤的端序來讀取這個流,位元組將被調換,從而產生字元U+FFFE,這個字元被Unicode定義為「非字元」,不應該出現在文本中。例如,值為U+FFFE的碼位被保證將不會被指定成一個統一碼字元。這意味著0xFF0xFE將只能被解釋成小端序中的U+FEFF(因為不可能是大端序中的U+FFFE)。

  • 如果十六位元單位被表示成大端序,這位端序記號字符在序列中將呈現0xFE,其後跟著0xFF(其中的0x用來標示十六進位)。
  • 如果十六位元單位使用小端序,這個位元組序列為0xFF,其後接著0xFE

這兩個序列都不是有效的UTF-8,所以它們的出現表明該文件不是用UTF-8編碼的。

對於網際網路號碼分配局註冊的字元集UTF-16BE和UTF-16LE,不應該使用端序記號標記,因為這些字元集的名稱已經決定了端序。如果在這樣的文本串流中的任何地方遇到U+FEFF,將被解釋為一個「零寬度無斷點空間」。

如果沒有端序記號,可以透過搜索ASCII字元(即與0x20-0x7E範圍內的字節相鄰的0位元組,還有CR和LF的0x0A和0x0D)來猜測該文本是否為UTF-16及其端序。大量的(即遠遠高於隨機)相同的順序是UTF-16的一個非常好的指示,而0是在偶數還是奇數位元組中表明了位元組的順序。然而,這依然可能會導致假陽性和假陰性。

Unicode標準的一致性條款D98(第3.10節)規定:「UTF-16編碼方案可以以BOM開始,也可以不以BOM開始。然而,當沒有BOM時,在沒有高層協議的情況下,UTF-16編碼方案的端序是大端序。」是否有更高層次的協議是可以解釋的。例如,在一台本地端序為小端序的電腦上的文件,可能被默認為是以UTF-16LE編碼。因此,大端序的推定被廣泛地忽略了。在HTML5中使用的W3C/WHATWG編碼標準規定,標記為「utf-16」或「utf-16le」的內容將被解釋為小端序,「以處理部署的內容」[10]。然而,如果出現了端序記號,那麼該記號將被視為「比其他任何東西都更有權威性」[11]

將UTF-16解釋為基於位元組的編碼的程式可能會顯示出亂七八糟的字元,但是ASCII字元會被識別出來,因為UTF-16表示的低字元與ASCII代碼相同,因此會顯示相同的字元。0的上字元可以顯示為無、空白、句號,或其他一些不變的字形。

UTF-32

雖然端序記號亦可以用於UTF-32,但這個編碼很少用於傳輸,其規則如同UTF-16

小端序UTF-32的BOM等同小端序UTF-16的BOM圖案後面加上一個NUL字元,這是一個不尋常的例子,即BOM在兩種不同的編碼中是相同的形式。使用BOM來識別編碼的程序員必須分辨文件是UTF-32編碼還是單純以NUL作為第一個字元。

不同編碼的端序記號的表示

編碼 表示(十六進位 表示(十進位
UTF-8 EF BB BF 239 187 191
UTF-16大端序 FE FF 254 255
UTF-16小端序 FF FE 255 254
UTF-32(大端序) 00 00 FE FF 0 0 254 255
UTF-32(小端序) FF FE 00 00 255 254 0 0
UTF-7 2B 2F 76和以下的一個位元組:[ 38 | 39 | 2B | 2F ] 43 47 118和以下的一個位元組:[ 56 | 57 | 43 | 47 ]
UTF-1 F7 64 4C 247 100 76
UTF-EBCDIC英语UTF-EBCDIC DD 73 66 73 221 115 102 115
統一碼標準壓縮方案 0E FE FF 14 254 255
統一碼二進制有序壓縮 FB EE 28 及可能跟隨著FF 251 238 40 及可能跟隨著255
GB-18030 84 31 95 33 132 49 149 51

另見

參考文獻

  1. ^ FAQ - UTF-8, UTF-16, UTF-32 & BOM. Unicode.org. [2017-01-28]. (原始内容存档于2021-05-02). 
  2. ^ The Unicode® Standard Version 9.0 (PDF). The Unicode Consortium. [2021-06-16]. (原始内容存档 (PDF)于2021-05-07). 
  3. ^ The Unicode Standard 5.0, Chapter 2:General Structure (PDF): 36. [2009-03-29]. (原始内容存档 (PDF)于2021-04-22). Table 2-4. The Seven Unicode Encoding Schemes 
  4. ^ The Unicode Standard 5.0, Chapter 2:General Structure (PDF): 36. [2008-11-30]. (原始内容存档 (PDF)于2021-04-22). Use of a BOM is neither required nor recommended for UTF-8, but may be encountered in contexts where UTF-8 data is converted from other encoding forms that use a BOM or where the BOM is used as a UTF-8 signature 
  5. ^ FAQ - UTF-8, UTF-16, UTF-32 & BOM: Can a UTF-8 data stream contain the BOM character (in UTF-8 form)? If yes, then can I still assume the remaining UTF-8 bytes are in big-endian order?. [2008-03-29]. (原始内容存档于2012-09-01). 
  6. ^ Re: pre-HTML5 and the BOM from Asmus Freytag on 2012-07-13 (Unicode Mail List Archive). Unicode.org. [2012-07-14]. (原始内容存档于2019-06-16). 
  7. ^ Bug ID: JDK-6378911 UTF-8 decoder handling of byte-order mark has changed. Bugs.sun.com. [2017-01-28]. (原始内容存档于2017-12-19). 
  8. ^ Yergeau, Francois. UTF-8, a transformation format of ISO 10646. IETF. November 2003 [May 15, 2014]. RFC 3629. 
  9. ^ Alf P. Steinbach. Unicode part 1: Windows console i/o approaches. 2011 [24 March 2012]. (原始内容存档于2012-03-22). However, since the C++ source code was encoded as UTF-8 without BOM (as is usual in Linux), the Visual C++ compiler erroneously assumed that the source code was encoded as Windows ANSI. 
  10. ^ UTF-16LE. Encoding Standard. WHATWG. [2021-06-17]. (原始内容存档于2015-02-04). 
  11. ^ Decode. Encoding Standard. WHATWG. [2021-06-17]. (原始内容存档于2015-02-04). 

外部連結