UTF-8

UTF-8 Definition

UTF-8 (Unicode Transformation Format-8) ist eine variabel breite Zeichenkodierung, die alle möglichen Zeichen im Unicode-Standard darstellen kann. Sie wird häufig in Computersystemen und Anwendungen verwendet, um Textinformationen in mehreren Sprachen und Schriftsystemen zu kodieren und zu dekodieren.

Wie UTF-8 funktioniert

• UTF-8 verwendet eine variable Anzahl von Bytes, um Zeichen darzustellen, die von 1 bis 4 Bytes reichen.
• Grundlegende ASCII-Zeichen (0-127) werden in UTF-8 durch ein einziges Byte dargestellt, was es rückwärtskompatibel mit ASCII macht.
• Zeichen außerhalb des ASCII-Bereichs werden mit mehreren Bytes dargestellt. Das erste Byte spezifiziert die Anzahl der benötigten Bytes, und die nachfolgenden Bytes enthalten spezifische Bitmuster, die das Zeichen darstellen.
• UTF-8 ist so konzipiert, dass es selbstsynchronisierend ist, was bedeutet, dass der Decoder auch dann die korrekten Zeichenbegrenzungen bestimmen kann, wenn einige Bytes bei einer Übertragung verloren gehen oder beschädigt werden.

Vorteile von UTF-8

• Universeller Zeichensatz: UTF-8 kann alle Zeichen im Unicode-Standard darstellen, was es für mehrsprachige Anwendungen und Websites geeignet macht.
• Rückwärtskompatibilität: UTF-8 ist rückwärtskompatibel mit ASCII, wodurch sichergestellt wird, dass bestehende ASCII-kodierte Daten weiterhin gültige UTF-8-kodierte Daten sind.
• Kompakte Darstellung: UTF-8 verwendet ein variabel breites Kodierungsschema, was bedeutet, dass gängige Zeichen in vielen Sprachen mit weniger Bytes dargestellt werden, was zu einer kompakteren Datenspeicherung führt.
• Breite Unterstützung: UTF-8 wird von Betriebssystemen, Programmiersprachen und Webbrowsern weit unterstützt und ist der De-facto-Standard für die Textkodierung im Internet.

Beispiel

Um besser zu verstehen, wie UTF-8 funktioniert, betrachten Sie das Beispiel der Kodierung des Zeichens "你" (bedeutet "du" auf Chinesisch):

1. Der Unicode-Codepunkt für "你" ist U+4F60.
2. UTF-8 entscheidet anhand des Codepunktwerts, wie viele Bytes benötigt werden. Da U+4F60 in den Bereich von 0x0800 bis 0xFFFF fällt, werden drei Bytes benötigt.
3. Die Binärdarstellung von U+4F60 ist 0100111101100000.
4. Gemäß den UTF-8-Kodierungsregeln:
   • Das erste Byte beginnt mit drei "1"-Bits, gefolgt von einem "0"-Bit, und hat zwei Bits zur Speicherung des Codepunktwerts. In diesem Fall sollte das erste Byte 11100010 sein.
   • Die verbleibenden zwei Bytes beginnen mit "10" gefolgt von jeweils sechs Bits aus dem Codepunktwert. In diesem Fall sollte das zweite Byte 10011111 und das dritte Byte 10100000 sein.
5. Die UTF-8-Darstellung von "你" ist daher 11100010 10011111 10100000.

Einsatz in Webanwendungen und Systemen

UTF-8 hat sich aufgrund seiner breiten Unterstützung und Kompatibilität zur dominanten Zeichenkodierung für Webanwendungen und Systeme entwickelt. Hier sind einige Anwendungsfälle, in denen UTF-8 häufig eingesetzt wird:

• Internationalisierung: UTF-8 ermöglicht es Webanwendungen, mehrere Sprachen und Schriftsysteme zu unterstützen, ohne dass separate Kodierungen oder Konvertierungen erforderlich sind.
• Datenbankspeicherung: Das Speichern von Textdaten in UTF-8 ermöglicht die Speicherung von mehrsprachigen Inhalten und gewährleistet die Kompatibilität beim Datenaustausch zwischen verschiedenen Datenbanken.
• HTTP-Kommunikation: UTF-8 wird häufig als Zeichenkodierung für HTTP-Anfragen und -Antworten verwendet, um sicherzustellen, dass über das Internet übertragene Daten von unterschiedlichen Systemen korrekt interpretiert werden.
• Content-Management-Systeme: UTF-8 ist essenziell für Content-Management-Systeme, die von Benutzern generierte Inhalte in verschiedenen Sprachen verarbeiten, um sicherzustellen, dass die Inhalte korrekt dargestellt und gespeichert werden.

Verwandte Begriffe

• Unicode: Unicode ist ein Zeichenkodierungsstandard, der jedem Zeichen in allen Sprachen und Schriftsystemen einen eindeutigen Codepunkt zuordnet. UTF-8 ist eines der Kodierungsschemata, die zur Darstellung von Unicode-Zeichen verwendet werden.
• ASCII: ASCII (American Standard Code for Information Interchange) ist ein Zeichenkodierungsstandard, der grundlegende Zeichen des englischen Alphabets, Zahlen und gängige Symbole mit 7-Bit-Binärzahlen (insgesamt 8 Bits) darstellt.
• UTF-16: UTF-16 ist ein weiteres variabel breites Zeichenkodierungsschema, das 2 oder 4 Bytes zur Darstellung von Unicode-Zeichen verwendet. Im Vergleich zu UTF-8 belegt es für die meisten gängigen Zeichen mehr Speicherplatz, wird aber dennoch in einigen Systemen häufig verwendet.
• Zeichenkodierung: Zeichenkodierung definiert die Zuordnung zwischen binären Daten und Zeichen oder Symbolen. Sie bestimmt, wie Textinformationen in Computersystemen gespeichert und angezeigt werden.