UTF-8

UTF-8 (ang. 8-bit Unicode Transformation Format) – system kodowania Unicode, wykorzystujący od 1 do 4 bajtów do zakodowania pojedynczego znaku, w pełni kompatybilny z ASCII. Jest najczęściej wykorzystywany do przechowywania napisów w plikach i komunikacji sieciowej.

Zalety i wady

Zalety

• Każdy tekst w ASCII jest tekstem w UTF-8.
• Żaden znak spoza ASCII nie zawiera bajtu z ASCII.
• Zachowuje porządek sortowania UCS-4.
• Typowy tekst ISO-Latin-X rozrasta się w bardzo niewielkim stopniu po przekonwertowaniu do UTF-8.
• Nie zawiera bajtów 0xFF i 0xFE, więc łatwo można go odróżnić od tekstu UTF-16.
• Znaki o kodzie różnym od 0 nie zawierają bajtu 0, co pozwala stosować UTF-8 w ciągach zakończonych zerem.
• O każdym bajcie wiadomo, czy jest początkiem znaku, czy też leży w jego środku, co nie jest dostępne np. w kodowaniu EUC.
• Nie ma problemów z little endian vs big endian.
• Jest domyślnym kodowaniem w XML (również w jego aplikacjach: XHTML, SVG, XSL, CML, MathML).

Wady

• Znaki CJK zajmują po 3 bajty zamiast 2 w kodowaniach narodowych.
• Znaki alfabetów niełacińskich zajmują po 2 bajty zamiast jednego w kodowaniach narodowych.
• UTF-8 nie używa przesunięć zasięgów, co stanowi dodatkowe utrudnienie dla implementacji UTF-8 (szczegóły poniżej)

Sposób kodowania

Mapowanie znaków Unicode na ciągi bajtów:

• 0x00 do 0x7F            – bity 0xxxxxxx, gdzie kolejne „x” to bity – licząc od najwyższego
• 0x80 do 0x7FF           – bity 110xxxxx 10xxxxxx
• 0x800 do 0xFFFF         – bity 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
• 0x10000 do 0x1FFFFF     – bity 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
• 0x200000 do 0x3FFFFFF   – bity 111110xx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx
• 0x4000000 do 0x7FFFFFFF – bity 1111110x 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

Znaki z przedziału ASCII (0 do 127) kodowane są jako jeden bajt, czyli m.in. litery alfabetu łacińskiego. Polskie znaki diakrytyczne kodowane już są jako dwa bajty. W listopadzie 2003 roku kodowanie UTF-8 zostało ograniczone zgodnie z RFC 3629 ↓ do 0x10FFFF pozycji, w celu zapewnienia zgodności z ograniczeniami systemu UTF-16. Rezultatem było usunięcie wszystkich sekwencji złożonych z 5 i 6 bajtów oraz około połowy sekwencji 4-bajtowych. W ten sposób pozostało dokładnie 17 • 65536 - 2048, czyli 1 112 064 pozycji znaków możliwych do zakodowania w UTF-8. Pomniejszenie liczby kodów o 2048 wynika z zarezerwowania kodów z zakresu od U+D800 do U+DFFF dla kodowania UTF-16.

Teoretycznie w UTF-8 ten sam znak można zapisać na kilka sposobów. Przykładowo znak ASCII / (ukośnik) można zapisać jako:

00101111

11000000 10101111

11100000 10000000 10101111itd.

Stanowi to zagrożenie bezpieczeństwa m.in. dla serwerów, które sprawdzają obecność znaku / w ścieżkach. Z tego powodu standard UTF-8 przewiduje, że poprawny jest wyłącznie najkrótszy możliwy sposób zapisu, a każdy program musi odrzucać znaki zapisane dłuższymi sekwencjami niż minimalna.

Problemu tego można byłoby uniknąć, przy okazji skracając nieznacznie wielkość danych, jeśli wykorzystano by zasadę przesunięć typu:

• sekwencje 1-bajtowe kodują 0x80 (128) różnych znaków – od 0x00 do 0x7F
• sekwencje 2-bajtowe kodują 0x800 (2048) różnych znaków – od 0x80 do 0x87F
• sekwencje 3-bajtowe kodują 0x10000 (65536) różnych znaków – od 0x880 do 0x1087F
• itd.

Przykład

Kodowanie na podstawie znaku euro €:

1. Znak € w Unicode ma oznaczenie U+20AC.
2. Zgodnie z informacjami w poprzednim podrozdziale taka wartość jest możliwa do zakodowania na 3 bajtach.
3. Liczba szesnastkowa 20AC to binarnie 0010 0000 1010 1100 po uzupełnieniu wiodącymi zerami do 16 bitów, ponieważ tyle bitów trzeba zakodować na 3 bajtach w UTF-8.
4. Kodowanie na trzech bajtach wymaga użycia w pierwszym bajcie trzech wiodących bitów ustawionych na 1, a czwartego na 0 (1110…).
5. Pozostałe bity pierwszego bajtu pochodzą z najstarszych czterech bitów kodowanej wartości w Unicode, co daje (1110 0010), a reszta bitów dzielona jest na dwa bloki po 6 bitów każdy (…0000 1010 1100).
6. Do tych bloków dodawane są wiodące bity 10, by tworzyły następujące 8-bitowe wartości 1000 0010 i 1010 1100).
7. W ten sposób rezultatem są trzy bajty w postaci 1110 0010 1000 0010 1010 1100, co w systemie szesnastkowych przyjmuje postać E2 82 AC.

Poniższa tabela pozwala zrozumieć sposób kodowana różnej długości numerów kodowych Unicode w UTF-8.

Unicode		Unicode binarnie	UTF-8 binarnie  1. bajt   2. bajt   3. bajt   4. bajt	UTF-8 szesnastkowo
$	U+0024	0100100	00100100	24
¢	U+00A2	000 10100010	11000010 10100010	C2 A2
€	U+20AC	00100000 10101100	11100010 10000010 10101100	E2 82 AC
𐍈	U+10348	00001 00000011 01001000	11110000 10010000 10001101 10001000	F0 90 8D 88

Zobacz też

• Unicode
• UTF-7
• UTF-16
• UTF-32
• Inne kodowania znaków
• Kodowanie polskich znaków diakrytycznych w różnych standardach – tabela

Linki zewnętrzne

• F.F. Yergeau F.F., UTF-8, a transformation format of ISO 10646, STD 63, RFC 3629, IETF, listopad 2003, DOI: 10.17487/RFC3629, ISSN 2070-1721, OCLC 943595667  (ang.).
• Tabela znaków w UTF-8 (ang.)
• UTF a Unicode – objaśnienie różnicy między UTF i Unicode (pol.)