深入理解 UTF-8 编码验证：揭开字节奥秘

后端

2023-09-03 12:26:16

UTF-8 编码概述

UTF-8 编码是一种可变长度字符编码，它使用 1 到 4 个字节来表示一个字符。UTF-8 编码方案如下：

单字节字符：使用一个字节来表示，编码范围为 0x00 到 0x7F。
双字节字符：使用两个字节来表示，编码范围为 0x8000 到 0xFFFF。
三字节字符：使用三个字节来表示，编码范围为 0x10000 到 0x1FFFFF。
四字节字符：使用四个字节来表示，编码范围为 0x200000 到 0x3FFFFFF。

UTF-8 编码验证

UTF-8 编码验证旨在确保传入的字节序列是否符合 UTF-8 编码规范。验证过程分为以下几个步骤：

检查第一个字节：
- 如果第一个字节的最高位为 0，则表示该字节是单字节字符，直接返回。
- 如果第一个字节的最高位为 1，则表示该字节是多字节字符，需要继续检查后续字节。
检查后续字节：
- 如果后续字节的最高位为 1 和最低位为 0，则表示该字节是多字节字符的后续字节，继续检查后续字节。
- 如果后续字节的最高位为 0 和最低位为 1，则表示该字节是多字节字符的最后一个字节，验证通过。
- 如果后续字节的最高位为 0 和最低位为 0，则表示该字节不符合 UTF-8 编码规范，验证失败。
重复步骤 2， 直至所有字节都被检查完毕。

实现 UTF-8 编码验证算法

我们可以使用位运算来实现 UTF-8 编码验证算法。以下是用 Python 编写的 UTF-8 编码验证函数：

def is_valid_utf8(bytes):
  """
  验证给定的字节序列是否符合 UTF-8 编码规范。

  参数：
    bytes: 字节序列。

  返回：
    布尔值，表示字节序列是否符合 UTF-8 编码规范。
  """

  i = 0
  while i < len(bytes):
    byte = bytes[i]

    # 检查第一个字节
    if byte & 0x80 == 0:
      i += 1
      continue

    # 检查后续字节
    num_bytes = 0
    if byte & 0xE0 == 0xC0:
      num_bytes = 2
    elif byte & 0xF0 == 0xE0:
      num_bytes = 3
    elif byte & 0xF8 == 0xF0:
      num_bytes = 4
    else:
      return False

    for j in range(1, num_bytes):
      if i + j >= len(bytes):
        return False
      byte = bytes[i + j]
      if byte & 0xC0 != 0x80:
        return False

    i += num_bytes

  return True