Каковы основные недостатки юникода?

Юникод, или Уникод (англ. Unicode) — стандарт кодирования символов, позволяющий представить знаки практически всех письменных языков.

Стандарт предложен в 1991 году некоммерческой организацией «Консорциум Юникода» (англ. Unicode Consortium), объединяющей крупнейшие IT-корпорации. Применение этого стандарта позволяет закодировать очень большое число символов из разных письменностей: в документах Unicode могут соседствовать китайские иероглифы, математические символы, буквы греческого алфавита, латиницы и кириллицы, при этом становятся ненужными кодовые страницы.

Стандарт состоит из двух основных разделов: универсальный набор символов (UCS, Universal Character Set) и семейство кодировок (UTF, Unicode Transformation Format). Универсальный набор символов задаёт однозначное соответствие символов кодам — элементам кодового пространства, представляющим неотрицательные целые числа. Семейство кодировок определяет машинное представление последовательности кодов UCS.

Коды в стандарте Unicode разделены на несколько областей. Область с кодами от U+0000 до U+007F содержит символы набора ASCII с соответствующими кодами. Далее расположены области знаков различных письменностей, знаки пунктуации и технические символы. Часть кодов зарезервирована для использования в будущем. Под символы кириллицы выделены коды от U+0400 до U+052F

Предпосылки создания и развитие Юникода

К концу 1980-х годов стандартом стали 8-битные символы, при этом существовало множество разных 8-битных кодировок и постоянно появлялись всё новые. Это объяснялось как постоянным расширением круга поддерживаемых языков, так и стремлением создать кодировку, частично совместимую с какой-нибудь другой (характерный пример — появление альтернативной кодировки для русского языка, обусловленное эксплуатацией западных программ, созданных для кодировки CP437). В результате появилась необходимость решения нескольких задач:

Было признано необходимым создание единой «широкой» кодировки. Кодировки с переменной длиной символа, широко использующиеся в Восточной Азии, были признаны слишком сложными в использовании, поэтому было решено использовать символы фиксированной ширины. Использование 32-битных символов казалось слишком расточительным, поэтому было решено использовать 16-битные.

Таким образом, первая версия Юникода представляла собой кодировку с фиксированным размером символа в 16 бит, то есть общее число кодов было 2¹⁶ (65 536). Отсюда происходит практика обозначения символов четырьмя шестнадцатеричными цифрами (например, U+0410). При этом в Юникоде планировалось кодировать не все существующие символы, а только те, которые необходимы в повседневном обиходе. Редко используемые символы должны были размещаться в «области символов для частного использования» (Private Use Area), которая первоначально занимала коды U+D800…U+F8FF. Чтобы использовать Юникод также и в качестве промежуточного звена при преобразовании разных кодировок друг в друга, в него включили все символы, представленные во всех более-менее известных кодировках.

В дальнейшем, однако, было принято решение кодировать все символы и в связи с этим значительно расширить кодовую область. Одновременно с этим, коды символов стали рассматриваться не как 16-битные значения, а как абстрактные числа, которые в компьютере могут представляться множеством разных способов.

Поскольку в ряде компьютерных систем (например, Windows NT) уже были реализованы 16-битные символы, было решено всё наиболее важное кодировать только в пределах первых 65 536 позиций (так называемая англ. Basic Multilingual Plane, BMP). Остальное пространство используется для «Дополнительных символов» (англ. Supplementary Characters): систем письма вымерших языков или очень редко используемых китайских иероглифов, математических и музыкальных символов.

Для совместимости со старыми 16-битными системами была изобретена система UTF-16, где первые 65 536 позиций отображаются непосредственно как 16-битные числа, а остальные представляются в виде «суррогатных пар» (первый элемент пары из области U+D800…U+DBFF, второй элемент пары из области U+DC00…DFFF). Для суррогатных пар была использована часть кодового пространства, ранее отведённого для «символов для частного использования».

Поскольку в UTF-16 можно отобразить только 2²⁰+2¹⁶ (1 114 112) символов, то это и было выбрано в качестве окончательной величины кодового пространства Юникода.

Хотя кодовая область Юникода была расширена за пределы 2¹⁶ уже в версии 2.0, первые символы в «верхней» области были размещены только в версии 4.0.

Версии Юникода

По мере изменения и пополнения таблицы символов системы Юникода и выхода новых версий этой системы, — а эта работа ведётся постоянно, поскольку изначально система Юникод включала только Plane 0 — двухбайтные коды, — выходят и новые документы ISO. Система Юникод существует в общей сложности в следующих версиях:

• 1.1 (соответствует стандарту ISO/IEC 10646—1:1993),
• 2.0, 2.1 (тот же стандарт ISO/IEC 10646—1:1993 плюс дополнения: «Amendments» с 1-го по 7-е и «Technical Corrigenda» 1 и 2),
• 3.0 (стандарт ISO/IEC 10646—1:2000).
• 3.2 (стандарт 2002 года)
• 4.0 (стандарт 2003)
• 4.01 (стандарт 2004)
• 4.1 (стандарт 2005)
• 5.0 (стандарт 2006)

Кодовое пространство

Хотя формы записи UTF-8 и UTF-32 позволяют кодировать до 2³¹ (2 147 483 648) кодовых позиций, было принято решение использовать лишь 2²⁰+2¹⁶ (1 114 112) для совместимости с UTF-16. Впрочем, даже и этого более чем достаточно — сегодня (в версии 5.0) используется чуть больше 99 000 кодовых позиций.

Кодовое пространство разбито на 17 плоскостей по 2¹⁶ (65536) символов. Нулевая плоскость называется базовой, в ней расположены символы наиболее употребительных письменностей. Первая плоскость используется, в основном, для исторических письменностей. Плоскости 16 и 17 выделены для частного употребления.

Для обозначения символов Unicode используется запись вида «U+xxxx» (для кодов 0…FFFF) или «U+xxxxx» (для кодов 10000…FFFFF) или «U+xxxxxx» (для кодов 100000…10FFFF), где xxx — шестнадцатеричные цифры. Например, символ «я» (U+044F) имеет код 044F₁₆ = 1103₁₀.

Система кодирования

Универсальная система кодирования (Юникод) представляет собой набор графических символов и способ их кодирования для компьютерной обработки текстовых данных.

Графические символы — это символы, имеющие видимое изображение. Графическим символам противопоставляются управляющие символы и символы форматирования.

Графические символы включают в себя следующие группы:

• буквы, содержащиеся хотя бы в одном из обслуживаемых алфавитов;
• цифры;
• знаки пунктуации;
• специальные знаки (математические, технические, идеограммы и пр.);
• разделители.

Юникод — это система для линейного представления текста. Символы, имеющие дополнительные над- или подстрочные элементы, могут быть представлены в виде построенной по определённым правилам последовательности кодов (составной вариант, composite character) или в виде единого символа (монолитный вариант, precomposed character).

Модифицирующие символы

Двунаправленное письмо

Стандарт Юникод поддерживает письменности языков как с направлением написания слева направо (left-to-right, LTR), так и с написанием справа налево (right-to-left, RTL) — например, арабское и еврейское письмо. В обоих случаях символы хранятся в «естественном» порядке; их отображение с учётом нужного направления письма обеспечивается приложением.

Кроме того, Юникод поддерживает комбинированные тексты, сочетающие фрагменты с разным направлением письма. Данная возможность называется двунаправленность (bidirectional text, BiDi). Некоторые упрощённые обработчики текста (например, в сотовых телефонах) могут поддерживать Юникод, но не иметь поддержки двунаправленности. Все символы Юникода поделены на несколько категорий: пишущиеся слева направо, пишущиеся справа налево, и пишущиеся в любом направлении. Символы последней категории (в основном это знаки пунктуации) при отображении принимают направление окружающего их текста.

Представленные символы

Юникод включает практически все современные письменности, в том числе:

арабскую, армянскую, бенгальскую, бирманскую, греческую, грузинскую, деванагари, иврит, кириллицу, коптскую, кхмерскую, латинскую, тамильскую, хангыль, хань (Китай, Япония, Корея), чероки, эфиопскую, японскую (катакана, хирагана, кандзи) и другие.

С академической целью добавлены многие исторические письменности, в том числе: руны, древнегреческая, египетские иероглифы, клинопись, письменность майя, этрусский алфавит.

В Юникоде представлен широкий набор математических и музыкальных символов, а также пиктограмм.

ISO/IEC 10646

Консорциум Юникода работает в тесной связи с рабочей группой ISO/IEC/JTC1/SC2/WG2, которая занимается разработкой международного стандарта 10646 (ISO/IEC 10646). Между стандартом Юникода и ISO/IEC 10646 установлена синхронизация, хотя каждый стандарт использует свою терминологию и систему документации.

Сотрудничество Консорциума Юникода с Международной организацией по стандартизации (англ. International Organization for Standardization, ISO) началось в 1991 году. В 1993 году ISO выпустила стандарт DIS 10646.1. Для синхронизации с ним, Консорциум утвердил стандарт Юникода версии 1.1, в который были внесены дополнительные символы из DIS 10646.1. В результате, значения закодированных символов в Unicode 1.1 и DIS 10646.1 полностью совпали.

В дальнейшем сотрудничество двух организаций продолжилось. В 2000 году стандарт Unicode 3.0 был синхронизирован с ISO/IEC 10646-1:2000. Предстоящая третья версия ISO/IEC 10646 будет синхронизирована с Unicode 4.0. Возможно, эти спецификации даже будут опубликованы как единый стандарт.

Аналогично форматам UTF-16 и UTF-32 в стандарте Юникода, стандарт ISO/IEC 10646 также имеет две основные формы кодирования символов: UCS-2 (2 байта на символ, аналогично UTF-16) и UCS-4 (4 байта на символ, аналогично UTF-32). UCS значит универсальный многооктетный (многобайтовый) кодированный набор символов (англ. Universal Multiple-Octet Coded Character Set). UCS-2 можно считать подмножеством UTF-16 (UTF-16 без суррогатных пар), а UCS-4 является синонимом для UTF-32.

Способы представления

Юникод имеет несколько форм представления (англ. Unicode Transformation Format, UTF): UTF-8, UTF-16 (UTF-16BE, UTF-16LE) и UTF-32 (UTF-32BE, UTF-32LE). Была разработана также форма представления UTF-7 для передачи по семибитным каналам, но из-за несовместимости с ASCII она не получила распространения и не включена в стандарт. 1 апреля 2005 г. были предложены две шуточные формы представления: UTF-9 и UTF-18 (RFC 4042).

В Microsoft Windows NT и основанных на ней системах Windows 2000 и Windows XP в основном используется форма UTF-16LE. В UNIX-подобных операционных системах GNU/Linux, BSD и Mac OS X принята форма UTF-8 для файлов и UTF-32 или UTF-8 для обработки символов в оперативной памяти.

UTF-8

UTF-8 — это представление Юникода, обеспечивающее наилучшую совместимость со старыми системами, использовавшими 8-битные символы. Текст, состоящий только из символов с номером меньше 128, при записи в UTF-8 превращается в обычный текст ASCII. И наоборот, в тексте UTF-8 любой байт со значением меньше 128 изображает символ ASCII с тем же кодом. Остальные символы Юникода изображаются последовательностями длиной от 2 до 6 байтов (на деле, только до 4 байт, поскольку использование кодов больше 221 не планируется), в которых первый байт всегда имеет вид 11xxxxxx, а остальные — 10xxxxxx.

Формат UTF-8 был изобретён 2 сентября 1992 года Кеном Томпсоном и Робом Пайком и реализован в Plan 9[1]. Сейчас стандарт UTF-8 официально закреплён в документах RFC 3629 и ISO/IEC 10646 Annex D.

Символы UTF-8 получаются из Unicode следующим образом:

Unicode UTF-8 0x00000000 — 0x0000007F: 0xxxxxxx 0x00000080 — 0x000007FF: 110xxxxx 10xxxxxx 0x00000800 — 0x0000FFFF: 1110xxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 0x00010000 — 0x001FFFFF: 11110xxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

(теоретически возможны, но не включены в стандарт также:) 0x00200000 — 0x03FFFFFF: 111110xx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 0x04000000 — 0x7FFFFFFF: 1111110x 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx 10xxxxxx

Обратите внимание на то, что хотя UTF-8 позволяет указать один и тот же символ несколькими способами, только наиболее короткий из них правильный. Остальные формы должны отвергаться по соображениям безопасности.

Порядок байтов

В потоке данных UTF-16 старший байт может записываться либо перед младшим (UTF-16 Big Endian), либо после младшего (UTF-16 Little Endian). Иногда кодировку Юникода Big Endian (UTF-16BE) называют Юникодом с обратным порядком байтов. Аналогично существует два варианта четырёхбайтной кодировки — UTF-32BE и UTF-32LE.

Для определения формата представления Юникода в текстовом файле используется приём, по которому в начале текста записывается символ U+FEFF (неразрывный пробел с нулевой шириной), также именуемый меткой порядка байтов (англ. Byte Order Mark, BOM). Этот способ позволяет различать UTF-16LE и UTF-16BE, поскольку символа U+FFFE не существует. Также он иногда применяется для обозначения формата UTF-8, хотя к этому формату и неприменимо понятие порядка байтов. Файлы, следующие этому соглашению, начинаются с таких последовательностей байтов:

К сожалению, этот способ не позволяет надёжно различать UTF-16LE и UTF-32LE, поскольку символ U+0000 допускается Юникодом (хотя реальные тексты редко начинаются с него).

Большинство современных операционных систем в той или иной степени обеспечивают поддержку Юникода.

В операционных системах семейства Windows NT для внутреннего представления имён файлов и других системных строк используется двухбайтовая кодировка UTF-16LE. Системные вызовы, принимающие строковые параметры, существуют в однобайтном и двухбайтном вариантах. Подробнее см. в статье Юникод в операционных системах Microsoft.

UNIX-образные операционные системы, в том числе, GNU/Linux, BSD, Mac OS X, используют для представления Юникода кодировку UTF-8. Большинство программ могут работать с UTF-8 как с традиционными однобайтными кодировками, не обращая внимания на то, что символ представляется как несколько последовательных байт. Для работы с отдельными символами строки обычно перекодируются в UCS-4, так что каждому символу соответствует машинное слово.

Одной из первых успешных коммерческих реализаций Юникода стала среда программирования Java. В ней принципиально отказались от 8-битного представления символов в пользу 16-битного. Сейчас большинство языков программирования поддерживают строки Юникода, хотя их представление может различаться в зависимости от реализации.

Методы ввода

Поскольку ни одна раскладка клавиатуры не может позволить вводить все символы Юникода одновременно, от операционных систем и прикладных программ требуется поддержка альтернативных методов ввода произвольных символов Юникода.

Начиная с Windows 2000, служебная программа «Таблица символов» позволяет вывести на экран таблицу всех символов от U+0000 до U+FFFF, поддерживаемых конкретным шрифтом. Эта программа позволяет выделять отдельные символы и копировать их в буфер обмена. Таблица символов, аналогичная по функциональности этой программе, включена и в некоторые прикладные программы, например, Microsoft Word.

Более универсальный способ ввода символа, код которого известен — зажать Alt, нажать клавишу «плюс» в дополнительном блоке клавиатуры, и затем набрать шестнадцатеричный код требуемого символа. Например, нажатие Alt+Plus+f1 вставит букву «ñ». Этот способ, однако, работает не во всех элементах управления, позволяющих вводить текст.

В некоторых приложениях, например, WordPad, Word и Opera 7.5, работает ещё один способ ввода символов по шестнадцатеричному коду: нужно набрать этот код, и нажать Alt+X. Код будет заменён на соответствующий символ. Работает и обратное преобразование: если выделить символ и нажать Alt+X, то этот символ будет заменён на его шестнадцатеричный код.

В Mac OS 8.5 и более поздних версиях поддерживается метод ввода, называемый «Unicode Hex Input». При зажатой клавише Option требуется набрать четырёхзначный шестнадцатеричный код требуемого символа. Этот метод позволяет вводить символы с кодами, большими U+FFFF, используя пары суррогатов; такие пары операционной системой будут автоматически заменены на одиночные символы. Этот метод ввода перед использованием нужно активизировать в соответствующем разделе системных настроек, и затем выбрать как текущий метод ввода в меню клавиатуры.

Начиная с Mac OS X 10.2, существует также приложение «Character Palette», позволяющее выбирать символы из таблицы, в которой можно выделять символы определённого блока или символы, поддерживаемые конкретным шрифтом.

В GNOME также есть утилита «Таблица символов», позволяющая отображать символы определённого блока или системы письма, и предоставляющая возможность поиска по названию или описанию символа. Когда код нужного символа известен, его можно ввести в соответствии со стандартом ISO 14755: при зажатых клавишах Ctrl и Shift ввести шестнадцатеричный код (в GNOME версии 2.15 или более поздней ввод кода нужно предварить нажатием клавиши «U»). Вводимый шестнадцатеричный код может иметь до 32 бит в длину, позволяя вводить любые символы Юникода без использования суррогатных пар.

Все приложения X Window, включая GNOME и KDE, поддерживают ввод при помощи клавиши Compose. Для клавиатур, на которых нет отдельной клавиши Compose, для этой цели можно назначить любую клавишу — например, CapsLock.

Консоль GNU/Linux также допускает ввод символа Юникода по его коду — для этого десятичный код символа нужно ввести цифрами расширенного блока клавиатуры при зажатой клавише Alt. Можно вводить символы и по их шестнадцатеричному коду: для этого нужно зажать клавишу AltGr, и для ввода цифр A—F использовать клавиши расширенного блока клавиатуры от NumLock до Enter (по часовой стрелке). Поддерживается также и ввод в соответствии с ISO 14755. Для того, чтобы перечисленные способы могли работать, нужно включить юникодный режим консоли вызовом unicode_start(1) и выбрать подходящий шрифт вызовом setfont(8).

Mozilla Firefox для Linux поддерживает ввод символов по ISO 14755.

Проблемы Юникода

Как любая изобретённая человеком система, Юникод не свободен от недостатков (хотя, в основном, они связаны с возможностями обработчиков текста, а не непосредственно с принципом кодирования).

• Некоторые системы письма всё ещё не представлены должным образом в Юникоде. Например, отсутствуют некоторые буквы традиционной письменности церковнославянского языка. Эта письменность содержит много дополнительных графических элементов (такие, как титла и выносные буквы). Изображение «длинных» надстрочных символов, простирающихся над несколькими буквами, пока не реализовано.
• Тексты на китайском, корейском и японском языке имеют традиционное написание сверху вниз, начиная с правого верхнего угла. Переключение горизонтального и вертикального написания для этих языков не предусмотрено в Юникоде — это должно осуществляться средствами языков разметки или внутренними механизмами текстовых процессоров.
• Первоначальная версия Юникода предполагала наличие большого количества готовых символов, в последующем было отдано предпочтение сочетанию букв с диакритическими модифицирующими знаками (Combining diacritics). Например, русские буквы Ё (U+0401) и Й (U+0419) существуют в виде монолитных символов, хотя могут быть представлены и набором базового символа с последующим диакритическим знаком, то есть в составной форме (Decomposed): Е+  ? (U+0415 U+0308), И+  ? (U+0418 U+0306). В то же время множество символов из языков с алфавитами на основе кириллицы не имеют монолитных форм.
• Юникод предусматривает возможность разных начертаний одного и того же символа в зависимости от языка. Так, китайские иероглифы могут иметь разные начертания в китайском, японском (кандзи) и корейском (ханчча), но при этом в Юникоде обозначаться одним и тем же символом (так называемая CJK-унификация), хотя упрощённые и полные иероглифы всё же имеют разные коды. Часто возникают накладки, когда, например, японский текст выглядит «по-китайски». Аналогично, русский и сербский языки используют разное начертание курсивных букв п и т (в сербском они выглядят как и и ш). Поэтому нужно следить, чтобы текст всегда был правильно помечен как относящийся к тому или другому языку.
• Файлы с текстом в Юникоде занимают больше места в памяти, так как один символ кодируется не одним байтом, как в различных национальных кодировках, а последовательностью байтов (исключение составляет UTF-8 для языков, алфавит которых укладывается в ASCII). Однако с увеличением мощности компьютерных систем и удешевлением памяти и дискового пространства эта проблема становится всё менее существенной.
• Хотя поддержка Юникода реализована в наиболее распространённых операционных системах, не всё прикладное программное обеспечение поддерживает корректную работу с ним. В частности, не всегда обрабатываются метки BOM и плохо поддерживаются диакритические символы. Проблема является временной и есть следствие сравнительной новизны стандартов Юникода (в сравнении с однобайтовыми национальными кодировками).

«Unicode» — одновременно и имя собственное (или часть имени, например Unicode Consortium), и имя нарицательное, происходящее из английского языка.

На первый взгляд предпочтительнее использовать написание «Уникод». В русском языке уже есть морфемы «уни-» (слова с латинским элементом «uni-» традиционно переводились и писались через «уни-»: универсальный, униполярный, унификация, униформа) и «код». Напротив, торговые марки, заимствованные из английского языка, обычно передаются посредством практической транскрипции, в которой деэтимологизированное сочетание букв «uni-» записывается в виде «юни-» («Юнилевер», «Юникс» и т. п.), то есть точно так же, как в случае с побуквенными сокращениями, вроде UNICEF «United Nations International Children’s Emergency Fund» — ЮНИСЕФ.

В качестве перевода имени нарицательного, слово «уникод» можно было бы рассматривать как сложносокращённое — например, от выражения «универсальная кодировка». Однако это привело бы к появлению двух слов с похожим звучанием и колебанию значений. Поэтому при локализации операционной системы Windows 95 компания «Майкрософт» ввела написание русского слова «Юникод» по форме имени собственного.

Написание «Юникод» уже твёрдо вошло в русскоязычные тексты. Согласно «Яндексу», частота использования этого слова в 3,5 раза превышает «Уникод». В Википедии используется более распространённый вариант.

На сайте консорциума есть специальная страница, где рассматриваются проблемы передачи слова «Unicode» в различных языках и системах письма. Для русской кириллицы указан вариант «Юникод».

Источник: Википедия

Ссылки :

• Официальный сайт Консорциума Юникода(англ.)
• Википедия:Проект:Внесение символов алфавитов народов России в Юникод
• Что такое Unicode?
• Версия 5.0.0 стандарта Юникод (англ.)
• Связь Юникода и ISO/IEC 10646 (файл PDF) (англ.)
• Кириллица в Юникоде (файл PDF) (англ.)
• DecodeUnicode — Unicode WIKI (англ.), 50 000 изображений символов
• Включение поддержки дополнительных символов Юникода в Windows (англ.)
• Символы, представленные в Юникоде
• Кириллица в Юникоде (Википедия)