淦,为什么 "𠮷𠮷𠮷".length !== 3

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淦,为什么 "𠮷𠮷𠮷".length !== 3

在开发过程中偶尔会遇到关于编码、Unicode,Emoji 的问题,发现自己对这方面的基础知识并没有充分掌握。所以在经过一番查找学习之后,整理几篇通俗易懂的文章分享出来。

【硬核基础】系列的几篇文章,感兴趣的朋友可以了解一下:

不知道你是否遇到过这样的疑惑,在做表单校验长度的需求中,发现不同字符 length 可能大小不一。比如标题中的 "𠮷" length 是 2(需要注意📢,这并不是一个中文字!)。

'吉'.length
// 1

'𠮷'.length
// 2

'❤'.length
// 1

'💩'.length
// 2
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要解释这个问题要从 UTF-16 编码说起。

UTF-16

ECMAScript® 2015 规范中可以看到,ECMAScript 字符串使用的是 UTF-16 编码。

定与不定: UTF-16 最小的码元是两个字节,即使第一个字节可能都是 0 也要占位,这是固定的。不定是对于基本平面(BMP)的字符只需要两个字节,表示范围 U+0000 ~ U+FFFF,而对于补充平面则需要占用四个字节 U+010000~U+10FFFF

在上一篇文章中,我们有介绍过 utf-8 的编码细节,了解到 utf-8 编码需要占用 1~4 个字节不等,而使用 utf-16 则需要占用 2 或 4 个字节。来看看 utf-16 是怎么编码的。

UTF-16 的编码逻辑

UTF-16 编码很简单,对于给定一个 Unicode 码点 cp(CodePoint 也就是这个字符在 Unicode 中的唯一编号):

  1. 如果码点小于等于 U+FFFF(也就是基本平面的所有字符),不需要处理,直接使用。
  2. 否则,将拆分为两个部分 ((cp – 65536) / 1024) + 0xD800((cp – 65536) % 1024) + 0xDC00 来存储。

Unicode 标准规定 U+D800...U+DFFF 的值不对应于任何字符,所以可以用来做标记。

举个具体的例子:字符 A 的码点是 U+0041,可以直接用一个码元表示。

'\u0041'
// -> A

A === '\u0041'
// -> true
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Javascript 中 \u 表示 Unicode 的转义字符,后面跟着一个十六进制数。

而字符 💩 的码点是 U+1f4a9,处于补充平面的字符,经过 👆 公式计算得到两个码元 55357, 56489 这两个数字用十六进制表示为 d83d, dca9,将这两个编码结果组合成代理对。

'\ud83d\udca9'
// -> '💩'

'💩' === '\ud83d\udca9'
// -> true
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由于 Javascript 字符串使用 utf-16 编码,所以可以正确将代理对 \ud83d\udca9 解码得到码点 U+1f4a9

还可以使用 \u + {},大括号中直接跟码点来表示字符。看起来长得不一样,但他们表示的结果是一样的。

'\u0041' === '\u{41}'
// -> true

'\ud83d\udca9' === '\u{1f4a9}'
// -> true
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可以打开 Dev Tool 的 console 面板,运行代码验证结果。

所以为什么 length 判断会有问题?

要解答这个问题,可以继续查看 规范,里面提到:在 ECMAScript 操作解释字符串值的地方,每个元素都被解释为单个 UTF-16 代码单元。

Where ECMAScript operations interpret String values, each element is interpreted as a single UTF-16 code unit.

所以像💩 字符实际上占用了两个 UTF-16 的码元,也就是两个元素,所以它的 length 属性就是 2。(这跟一开始 JS 使用 USC-2 编码有关,当初以为 65536 个字符就可以满足所有需求了)

但对于普通用户而言,这就完全没办法理解了,为什么明明只填了一个 '𠮷',程序上却提示占用了两个字符长度,要怎样才能正确识别出 Unicode 字符长度呢?

我在 Antd Form 表单使用的 async-validator 包中可以看到下面这段代码

const spRegexp = /[\uD800-\uDBFF][\uDC00-\uDFFF]/g;

if (str) {
  val = value.replace(spRegexp, '_').length;
}
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当需要进行字符串长度的判断时,会将码点范围在补充平面的字符全部替换为下划线,这样长度判断就和实际显示的一致了!!!

ES6 对 Unicode 的支持

length 属性的问题,主要还是最初设计 JS 这门语言的时候,没有考虑到会有这么多字符,认为两个字节就完全可以满足。所以不止是 length,字符串常见的一些操作在 Unicode 支持上也会表现异常

下面的内容将介绍部分存在异常的 API 以及在 ES6 中如何正确处理这些问题。

for vs for of

例如使用 for 循环打印字符串,字符串会按照 JS 理解的每个“元素”遍历,辅助平面的字符将会被识别成两个“元素”,于是出现“乱码”。

var str = '👻yo𠮷'
for (var i = 0; i < str.length; i ++) {
  console.log(str[i])
}

// -> �
// -> �
// -> y
// -> o
// -> �
// -> �
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而使用 ES6 的 for of 语法就不会。

var str = '👻yo𠮷'
for (const char of str) {
  console.log(char)
}

// -> 👻
// -> y
// -> o
// -> 𠮷
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展开语法(Spread syntax)

前面提到了使用正则表达式,将辅助平面的字符替换的方式来统计字符长度。使用展开语法也可以得到同样的效果。

[...'💩'].length
// -> 1
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slice, split, substr 等等方法也存在同样的问题。

正则表达式 u

ES6 中还针对 Unicode 字符增加了 u 描述符。

/^.$/.test('👻')
// -> false

/^.$/u.test('👻')
// -> true
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charCodeAt/codePointAt

对于字符串,我们还常用 charCodeAt 来获取 Code Point,对于 BMP 平面的字符是可以适用的,但是如果字符是辅助平面字符 charCodeAt 返回结果就只会是编码后第一个码元对于的数字。

'羽'.charCodeAt(0)
// -> 32701
'羽'.codePointAt(0)
// -> 32701

'😸'.charCodeAt(0)
// -> 55357
'😸'.codePointAt(0)
// -> 128568
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而使用 codePointAt 则可以将字符正确识别,并返回正确的码点。

String.prototype.normalize()

由于 JS 中将字符串理解成一串两个字节的码元序列,判断是否相等是根据序列的值来判断的。所以可能存在一些字符串看起来长得一模一样,但是字符串相等判断结果确是 false

'café' === 'café'
// -> false
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上面代码中第一个 café 是有 cafe 加上一个缩进的音标字符\u0301组成的,而第二个 café 则是由一个 caf + é 字符组成的。所以两者虽然看上去一样,但码点不一样,所以 JS 相等判断结果为 false

'cafe\u0301'
// -> 'café'

'cafe\u0301'.length
// -> 5

'café'.length
// -> 4
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为了能正确识别这种码点不一样,但是语意一样的字符串判断,ES6 增加了 String.prototype.normalize 方法。

'cafe\u0301'.normalize() === 'café'.normalize()
// -> true

'cafe\u0301'.normalize().length
// -> 4
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总结

这篇文章主要是我最近重新学习编码的学习笔记,由于时间仓促 && 水平有限,文章中必定存在大量不准确的描述、甚至错误的内容,如有发现还请善意指出。❤️

参考文章

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