Encoding declarations

Python脚本中，通常会在第一或第二行写上：

# -*- coding: <encoding-name> -*-

或者

# vim:fileencoding=<encoding-name>

这一行注释称为编码声明。编码声明必须放在第一行或第二行，如果在第二行，那么第一行必须也是注释行。

Python会用正则表达式coding[=:]\s*([-\w.]+)去匹配编码声明行，匹配到的编码名称会作为Python用来进行词法分析，字符串结尾的识别等。String会被解码为Unicode，然后进行语法分析，在对程序进行解释执行之前再转成原来的编码。因此，如果没有进行编码声明，而脚本中又出现了ASCII不能编码的字符，Python会报SyntaxError: Non-ASCII character '\xe4' in file XXX on line 7, but no encoding declared; see http://python.org/dev/peps/pep-0263/ for details之类的错误。

Python2 的str 和 unicode 字符串

str

Python2中str字符串是指直接用单引号、双引号或三引号括起来的字符串，默认采用编码声明中的编码方式编码字符串，如果没有指定编码声明，则采用ASCII。str的基本单位是一个字节，因此直接用len()方法得到不一定是字符串的长度，而是str占字节数。下面例子中，用的是gbk编码，字符中占两个字节。如果采用UTF-8编码，字符中则是3个字节。

>>> len("中")
2
>>> len("中".decode("gbk").encode("UTF-8"))
3
>>> a = "python是最好的语言"
>>> print a [10]

>>>
>>> a[10]
'\xba'

同样地，直接用下标或者切片操作str，都不太可能得到正确的字符。

unicode

在字符串前面加u前缀，这样的字符串是unicode。unicode采用UTF-16编码。每个字符占两个（BMP）或四个字节（SP）。不论是BMP中的字符，或sp中的字符都能正确的识别。关于BMP和SP参看String encoding。unicode能够正确计算字符串的长度，也可以对unicode进行下标和切片操作。

>>> a = u"python是最好的语言"
>>> len(a)
12
>>> print a[11]
言
>>> print a[9:-1]
的语

内建函数ord

如果ord的输入参数为长度为1的unicode字符串，则返回一个代表该字符的Unicdode代码点（code point）的整数。如果输入是一个8bit的字符串，返回该字符的ASCII码。和内建函数chr，unichr（用于unicode）互逆。

>>> ord('a')
97
>>> ord(u'研')
30740
>>> chr(97)
'a'
>>> unichr(30740)
u'\u7814'
>>> print unichr(30740)
研

sys模块中和编码有关的属性或方法

sys.maxunicode

一个整数表明python能够支持的最大的unicode代码点。如果python是32位，则sys.maxunicode=65535，对应于UCS-2; 如果python是64位，则sys.maxunicode=1114111， 对应于UCS-4。 但这并不代表unicode代码点大于65535的字符，32位不能处理。unicode使用UTF-16编码方式，unicode代码点大于65535的字符使用代理对表示。目前发现sys.maxunicode会影响unichr方法，其他的影响我暂时还没有发现，以后发现了再补充。

32位python的unichr方法能接受的最大参数为65535.

>>> import sys
>>> sys.maxunicode
65535
>>> unichr(6553)
u'\u1999'
>>> unichr(65536)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: unichr() arg not in range(0x10000) (narrow Python build)

64位python的unichr方法能接受的最大参数为1114111.

>>> import sys
>>> sys.maxunicode
1114111
>>> unichr(65536)
u'\U00010000'
>>> unichr(1114112)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: unichr() arg not in range(0x110000) (wide Python build)

sys.getdefaultencoding()

系统默认编码。Python2中，所有的平台都是ASCII，除非自己重新设置为其他的编码。比如’str’.encode()，没有指定编码时，就会采用默认编码。

sys.setdefaultencoding()

设置系统默认编码。不建议重写系统默认编码，可能会造成莫名的bug。

sys.getfilesystemencoding()

获取文件系统的编码。这个编码用来编码系统数据，比如文件名，命令行参数，环境变量等。

sys.stdin.encoding 和 sys.stdout.encoding

sys.stdin 和 sys.stdout 实际上是文件对象（File Object）。文件对象有个只读的属性encoding是改文件对象使用的编码。当写文件时，如果字符串是Unicode，会使用这个属性的值对Unicode字符串进行编码，进而写到文件中。这个属性的值有可能是None，这种情况下，会使用系统默认的编码方式来编码Unicode 字符串。

我们可以使用sys.stdin.encoding 和 sys.stdout.encoding 来查看解释器的标准输入和标准输出的格式，然后加以转换，避免出现乱码。sys.stdin.encoding 和 sys.stdout.encoding 的值和系统环境有关。

在windows系统中，Python解释器的标准输入、输出和错误流的编码。

>>> sys.stdin.encoding
'cp936'
>>> sys.stdout.encoding
'cp936'
>>> sys.stderr.encoding
'cp936'

那么这几中编码都有哪些区别，用在哪些情况呢？stackoverflow上这个答案讲解的很清晰。

They serve different purposes.

sys.stdout.encoding should be the encoding that your terminal uses to interpret text otherwise you may get mojibake in the output. It may be utf-8 in one environment, cp437 in another, etc.

sys.getdefaultencoding() is used on Python 2 for implicit conversions (when the encoding is not set explicitly) i.e., Python 2 may mix ascii-only bytestrings and Unicode strings together e.g., xml.etree.ElementTree stores text in ascii range as bytestrings or json.dumps() returns an ascii-only bytestring instead of Unicode in Python 2 — perhaps due to performance — bytes were cheaper than Unicode for representing ascii characters. Implicit conversions are forbidden in Python 3.

sys.getdefaultencoding() is always ‘ascii’ on all systems in Python 2 unless you override it that you should not do otherwise it may hide bugs and your data may be easily corrupted due to the implicit conversions using a possibly wrong encoding for the data.

btw, there is another common encoding sys.getfilesystemencoding() that may be different from the two. sys.getfilesystemencoding() should be the encoding that is used to encode OS data (filenames, command-line arguments, environment variables).

The source code encoding declared using # -- coding: utf-8 -- may be different from all of the already-mentioned encodings.

Naturally, if you read data from a file, network; it may use character encodings different from the above e.g., if a file created in notepad is saved using Windows ANSI encoding such as cp1252 then on another system all the standard encodings can be different from it.

The point being: there could be multiple encodings for reasons unrelated to Python and to avoid the headache, use Unicode to represent text: convert as soon as possible encoded text to Unicode on input, and encode it to bytes (possibly using a different encoding) as late as possible on output — this is so called the concept of Unicode sandwich.