问题
涉及到网络传输的时候，有字符格式传输和二进制格式传输；
涉及到数据库存储的时候，有varcarh或者text格式的存储和blob二进制存储。
那么：
信息在网络传输，或者磁盘存储的时候，都是按照1010这样二进制方式存储的。
那么如何理解字符方式传输或存储，最终都是二进制方式呢？
这个问题涉及到计算机中数据的表示和处理方式。无论是字符格式传输还是二进制格式传输，最终都是以二进制方式存储和传输的，这是计算机系统的基本工作原理。
字符方式传输或存储的理解
1. **字符编码**：
- 当我们使用字符格式传输或存储时，比如使用 ASCII、UTF-8、UTF-16 等编码，实际上是将人类可读的字符映射到计算机可以处理的二进制形式。
- 例如，字符 'A' 在 ASCII 编码下对应的二进制是 01000001。
2. **转换过程**：
- 在传输或存储过程中，计算机会将这些字符按照所选的字符编码转换为对应的二进制数据。
- 所以即使我们看到的是 "A"，在内部它被转换成了对应的二进制形式才能在网络上传输或者存储到磁盘上。
二进制方式传输或存储的理解
1. **直接存储**：
- 对于二进制格式传输或存储，数据直接以二进制形式存储，没有经过字符编码的转换。
- 这意味着数据以其原始的二进制形式被传输或存储。
2. **举例**：
- 比如我们有一个整数 42，在内存中以二进制形式表示为 00101010，如果直接进行二进制传输或存储，就是将这个二进制序列直接发送或保存。
最终都是二进制的原因
1. **计算机硬件**：
- 计算机的底层硬件只能处理二进制数据，所有的数据最终都会被转换成二进制形式进行处理。
2. **抽象层**：
- 字符编码提供了一种从人类可读形式到二进制的转换方式，但这只是一个抽象层，最终在传输或存储的时候，数据仍然以二进制形式存在。
3. **网络传输**：
- 即使我们看到的是字符传输，例如一个网页上的文字，它们在通过网络传输时也是以二进制形式在各个节点间传递的。
总结
所以，字符方式传输或存储与二进制方式并不矛盾，只是字符方式是经过编码转换后的二进制形式，而二进制方式则是直接的二进制数据。在计算机中，所有数据最终都是以二进制的形式被处理和存储的。
字符文件，压缩后存储，为什么占用的空间会变小? 为什么二进制存储方式，占用空间更小？
这两个问题都涉及到计算机如何高效存储信息，核心在于**消除冗余**和**利用硬件的物理特性**。下面分别解释：
## 一、为什么字符文件压缩后存储空间会变小？
压缩的核心思想是**用更少的比特来表示相同的信息**。它通过识别和消除数据中的**冗余**来实现这一点。冗余的形式多种多样：
1. **统计冗余（字符频率不均等）：**
* 文件中的字符出现的频率通常不同（如英文中 'e'、't'、'a' 比 'z'、'q'、'x' 常见得多）。
* 压缩算法（如 Huffman 编码）会给高频字符分配**短**的比特序列，给低频字符分配**长**的比特序列。平均下来，表示整个文件所需的总比特数就减少了。
* **例子：** 想象一个文件全是 "AAAAA"。不压缩存储需要 5 个字节（每个 'A' 占 1 字节）。压缩算法可以记录为 "5A"，可能只需要 2 个字节（一个表示数字 5，一个表示字符 'A'）。
2. **字典冗余（重复出现的字符串/模式）：**
* 文件中经常包含重复的字符串（如单词、短语、代码片段、图像中的相同颜色块）。
* 压缩算法（如 LZ77, LZ78, LZW）会建立一个“字典”。当遇到一个之前出现过的字符串时，它不再存储整个字符串，而是存储一个**指向字典中该字符串位置的短引用（指针）**。
* **例子：** 句子 "the cat sat on the mat"。压缩算法发现 "the " 和 " "（空格）重复出现。它可以存储 "the cat sat on [ref1]mat"，其中 `[ref1]` 是一个很短的代码，代表 "the "。这比存储完整的 "the cat sat on the mat" 节省了空间。
3. **位置冗余（空间/时间相关性）：**
* 在图像、音频、视频中，相邻的数据点（像素、采样值、帧）通常非常相似。
* 压缩算法（如 JPEG, MP3, MPEG）利用这种相关性，存储**差值**或**变换后的系数**，而不是存储每个独立点的原始值。这些差值或系数通常可以用更少的比特表示，或者更容易被后续的统计编码（如 Huffman）进一步压缩。
* **例子：** 一张蓝天图片，大片区域的像素颜色非常接近。与其存储每个像素的精确 RGB 值，不如存储一个起始颜色和一种表示“这片区域都是类似颜色”的编码方式。
4. **无关信息与感知冗余：**
* **无损压缩：** 严格保留所有原始信息，只消除上述统计、字典和位置冗余。压缩后可以完美还原（如 ZIP, PNG, FLAC）。
* **有损压缩：** 除了消除冗余，还**有选择地丢弃一些人眼/人耳不太容易察觉的信息**（如 JPEG 丢弃高频细节，MP3 丢弃人耳不易听到的频率）。这能实现**更大幅度**的压缩，但还原后不是原始数据的精确副本。适用于图像、音频、视频等容忍一定失真的场景。
**总结压缩变小的原因：** 压缩算法通过智能地分析数据，利用数据内部的规律性、重复性和统计特性，用更精炼的编码方式（短码代表高频项、指针代表重复串、差值代表相似数据）来表示原始信息，从而减少了存储所需的总比特数。
## 二、为什么二进制存储方式占用空间更小？（相对于什么？）
这里的关键是**对比对象**。当我们说二进制存储占用空间更小，通常是相对于**人类可读的文本表示形式（如十进制、十六进制字符串）** 而言的，尤其是在存储数值数据时。核心原因在于：
1. **直接匹配硬件基础：**
* 计算机的最底层硬件（晶体管、电容、磁畴）本质上是**二态**的：开/关、高电平/低电平、有磁化/无磁化、充电/放电。这天然适合表示 **0 和 1**。
* 使用二进制（0/1 比特）是**最直接、最自然、最经济**地利用这些物理状态存储信息的方式。每个物理元件（如一个晶体管）可以稳定地存储一位（bit）信息。
2. **高效表示数值：**
* **对比文本数字：** 存储一个数字 `1234567890` 作为文本字符串（ASCII 或 UTF-8），需要 **10 个字节**（每个字符 1 字节）。
* **作为二进制整数：** 同一个数字 `1234567890` 作为 32 位（4 字节）整数存储，只需要 **4 个字节**。作为 64 位（8 字节）整数，也只需要 **8 个字节**，仍然小于文本形式的 10 字节。
* **原因：** 文本形式存储的是数字的**字符图形表示**（'1', '2', '3'...），每个字符占用一个字节（8位），仅仅为了让人能看懂。二进制形式存储的是数字的**实际数值**，直接利用比特的组合来表示数值大小（如 32 位能表示 0 到约 42 亿）。后者利用比特位的组合能力，效率远高于为每个数字位单独存储一个字符编码。
3. **信息密度高：**
* 一个比特（0 或 1）是信息的最小单位。
* 二进制存储方式**没有额外的格式开销**。存储数字 `255`：
* 文本（ASCII）：三个字符 '2','5','5' -> 3 字节 (24 位)。
* 二进制（8位无符号整数）：`11111111` -> 1 字节 (8 位)。
* 这 8 位可以精确表示 0 到 255 之间的任何整数，而文本形式存储 255 需要 3 字节，存储 1 也需要 1 字节（'1'），存储 10 需要 2 字节（'1','0'）。二进制形式对所有在这个范围内的数都恒定使用 1 字节，平均效率远高于文本。
4. **运算效率：**
* 计算机的 CPU 和内存子系统是为二进制运算设计的硬件电路（如加法器、移位器）。
* 直接存储二进制数据意味着 CPU 可以**直接对这些数据进行高速的算术和逻辑运算**，无需先将文本字符串解析转换成内部的二进制数值。这不仅是空间效率，更是时间效率的关键。
**重要澄清：** 当我们说“二进制存储占用空间更小”，并不是指二进制本身有什么魔法能让数据凭空缩小。而是指：
* 相对于**人类可读的文本表示形式**（尤其是对于数值、指令等非自然语言数据），直接存储其二进制值**避免了文本编码带来的巨大空间开销**（每个字符至少占 8 位）。
* 它充分利用了计算机硬件的物理特性（二态器件）和设计架构（基于二进制的运算单元），实现了在物理层面和逻辑层面的**最高存储和运算效率**。
**总结：**
* **压缩变小：** 通过算法发现并消除数据中的各种冗余（统计、字典、位置、感知），用更精炼的编码表示信息。
* **二进制存储更小（相对于文本表示）：** 直接存储数据的底层数值/状态（0/1），避免了用文本字符编码表示数据（尤其是数值）所带来的巨大额外开销，并完美匹配计算机的二进制硬件基础。
**图示理解：**
想象你要存储数字 100：
1. **文本形式 (ASCII):** `'1' (00110001)` `'0' (00110000)` `'0' (00110000)` -> **3 字节 (24 位)** - 存储了三个字符的图形编码。
2. **二进制形式 (8位整数):** `01100100` -> **1 字节 (8 位)** - 直接存储数值 100 的二进制表示。
3. **压缩后的二进制 (可能):** 如果这个 100 出现在一个有很多重复数字的文件中，压缩算法可能会用一个更短的代码表示它（或它所在的模式），可能最终 **< 8 位**。
希望这个详细的解释能帮助你理解这两个重要的计算机存储原理！
对于 a b c 这样的字符而言，文本存储和二进制存储，不压缩的情况下，占用的空间是相同的吧？
你说得非常对！对于 **纯字符数据**（如 "a b c" 这样的字母、空格、常见标点），**在不压缩的情况下，以文本文件形式存储和以“二进制”形式存储，占用的磁盘空间通常是相同的。**
**原因如下：**
1. **文本文件本身就是二进制存储的：**
* 计算机存储的**一切**最终都是二进制（0 和 1）。所谓的“文本文件”和“二进制文件”的区别在于**解释方式**，而不是底层的存储形式。
* 当你创建一个包含 `a b c` 的 `.txt` 文件时，文本编辑器（或系统）会使用特定的**字符编码**（如 ASCII 或 UTF-8）将每个字符转换成对应的二进制序列，然后将这些序列写入磁盘。
2. **字符编码决定了空间占用：**
* **ASCII:** 这是最基础的编码。每个 ASCII 字符（包括英文字母、数字、常见标点、控制字符）固定占用 **1 个字节 (8 位)**。
* `'a'` -> `01100001` (1 字节)
* `' '` (空格) -> `00100000` (1 字节)
* `'b'` -> `01100010` (1 字节)
* `' '` (空格) -> `00100000` (1 字节)
* `'c'` -> `01100011` (1 字节)
* **总计：** `a b c` (5个字符) = **5 字节**。
* **UTF-8 (常见于现代系统):** 它是一种可变长编码。
* **ASCII 字符 (0-127)** 在 UTF-8 中仍然只占用 **1 个字节**，编码方式与 ASCII 完全相同。
* 对于 `a`, `b`, `c`, ` ` (空格) 这些字符，它们都在 ASCII 范围内。所以：
* `'a'` -> `01100001` (1 字节)
* `' '` -> `00100000` (1 字节)
* `'b'` -> `01100010` (1 字节)
* `' '` -> `00100000` (1 字节)
* `'c'` -> `01100011` (1 字节)
* **总计：** `a b c` (5个字符) = **5 字节**。
3. **“二进制存储方式”的误解：**
* 当我们说“用二进制存储方式存储数值更小”，指的是直接将数值的**二进制位模式**写入文件（而不是先将数值转换成字符串再存储）。
* 但对于字符本身，`'a'` 这个字符**没有**一个比它的 ASCII/UTF-8 编码 `01100001` 更“本质”的二进制表示。`01100001` 就是 `'a'` 在计算机存储和传输中的标准二进制形式。
* 如果你尝试写一个程序，把 `'a'` 在内存中的表示（通常也是一个字节，内容就是 `01100001`）直接 `dump` 到文件里，那么生成的文件大小和你用文本编辑器保存的包含 `a` 的 `.txt` 文件大小会是一样的（都是 1 字节）。
**总结关键点：**
* **磁盘存储的本质：** 所有文件，无论是文本还是图片、程序，最终都以二进制位（0 和 1）的形式存储在磁盘上。
* **文本文件的特殊性：** 文本文件存储的是**字符编码序列**。对于纯 ASCII 字符（或 UTF-8 中的 ASCII 部分），每个字符对应一个固定的字节。
* **字符数据的“二进制”存储：** 当程序将字符数据写入文件时（无论是通过标准文本 I/O 函数还是底层二进制 I/O 函数），它写入的就是该字符在指定编码下的二进制字节。对于简单字符，这个字节大小是固定的。
* **空间相同的场景：** 因此，对于只包含 ASCII 范围内字符（如 `a b c`）的字符串，将其保存为文本文件（.txt）与将一个包含相同字符编码字节的程序内存块直接以二进制方式写入文件（例如 C 语言中用 `fwrite` 写入一个 `char` 数组），**在不压缩的情况下，产生的文件大小是相同的**。
**表格对比：**
| 内容 | 存储方式 | 字符编码 | 磁盘占用 (字节) | 说明 |
| :-------- | :--------------- | :------- | :-------------- | :------------------------------------------------------------------- |
| `a b c` | 文本文件 (.txt) | ASCII | **5** | 每个字符 (a, 空格, b, 空格, c) 各占 1 字节。 |
| `a b c` | 文本文件 (.txt) | UTF-8 | **5** | a, b, c, 空格都是 ASCII 字符，各占 1 字节。 |
| `a b c` | “二进制”写入文件 | N/A | **5** | 程序直接将字符串 `"a b c"` 在内存中的字节（ASCII: 5字节）写入文件。 |
**重要补充：**
* **非 ASCII 字符：** 如果文本中包含非 ASCII 字符（如中文、表情符号），在 UTF-8 编码下，这些字符可能占用 2、3 甚至 4 个字节。但同样，无论是通过文本编辑器保存还是程序以二进制方式写入内存字节，文件大小仍然会相同。
* **文件元数据：** 实际文件大小可能包含极少量额外的元数据（如文件结束符），但这通常可以忽略不计，不影响核心结论。
* **内存 vs 磁盘：** 这里讨论的是**磁盘文件**的大小。在程序**内存**中存储字符串时，编程语言可能会添加额外的信息（如字符串长度、结束符 `\0`），导致内存占用可能比磁盘上的纯字节数略大。但这与磁盘文件存储无关。
**结论：**
对于像 `a b c` 这样由常见英文字母和空格组成的字符串，在不进行压缩的情况下，无论你是通过文本编辑器保存为 `.txt` 文件，还是通过编程语言将其作为字节序列直接写入文件，它们在磁盘上占用的空间是**完全相同的**（都是 5 字节）。这是因为底层存储的都是这些字符在 ASCII 或 UTF-8 编码下的相同二进制表示。之前讨论的“二进制存储更小”的优势，**只适用于数值数据（整数、浮点数）相对于其文本字符串表示的情况**，不适用于字符数据本身。
