JavaScript内核与高级编程之：`Well-formed Unicode strings` 提案：`JavaScript` 如何处理畸形 `Unicode` 字符串。

嘿，大家好！我是今天的讲师，咱们今天来聊聊 JavaScript 中一个听起来有点吓人，但实际上挺有趣的玩意儿：Well-formed Unicode strings 提案，以及 JavaScript 如何优雅地处理那些“行为不端”的 Unicode 字符串。准备好了吗？咱们这就开始！

1. 啥是 Unicode？为什么要关心？

首先，咱们得搞清楚 Unicode 是个啥。简单来说，Unicode 是一种字符编码标准，旨在为世界上所有的字符提供唯一的数字标识符。这就意味着，无论是中文、英文、日文、韩文，还是各种稀奇古怪的符号，Unicode 都能搞定。

为啥要关心 Unicode？因为现代 JavaScript 应用几乎不可能不处理文本数据。从用户输入到服务器响应，再到数据库存储，Unicode 无处不在。如果 JavaScript 对 Unicode 的处理不当，就会出现各种各样的问题，比如乱码、显示错误，甚至安全漏洞。

2. Unicode 的“性格”：Code Points、Code Units、Surrogate Pairs

Unicode 的世界里，有几个重要的概念需要了解：

• Code Point (码位): 这是 Unicode 中分配给每个字符的唯一数字标识符。例如，字母 "A" 的码位是 U+0041，汉字 "你" 的码位是 U+4F60。
• Code Unit (码元): 这是用于在计算机中表示码位的基本单元。在 UTF-16 编码中，码元是 16 位的。
• Surrogate Pair (代理对): 有些 Unicode 字符的码位太大，超过了 16 位的表示范围。为了表示这些字符，UTF-16 使用两个码元来表示一个码位，这就是代理对。代理对由一个高位代理（high surrogate）和一个低位代理（low surrogate）组成。

举个例子：

字符	码位 (Unicode)	UTF-16 编码 (码元)	是否需要代理对
A	U+0041	0x0041	否
你	U+4F60	0x4F60	否
𝌆 (U+1D306, 泰卦)	U+1D306	0xD834 0xDF06	是

3. JavaScript 中的 Unicode：UTF-16 的爱与痛

JavaScript 内部使用 UTF-16 编码来表示字符串。这意味着 JavaScript 字符串是由 16 位的码元序列组成的。这听起来很美好，但问题在于：

• 并非所有 Unicode 字符都能用单个 UTF-16 码元表示。 那些需要代理对的字符，在 JavaScript 中会被当成两个字符来处理。
• 早期的 JavaScript 引擎并没有很好地处理代理对。 这导致很多字符串操作（比如 length、substring）的结果不符合预期。

让我们看一些例子：

const str = "𝌆"; // 泰卦 (U+1D306)
console.log(str.length); // 输出: 2 (因为被当成两个码元)
console.log(str[0]); // 输出: "" (高位代理)
console.log(str[1]); // 输出: "" (低位代理)

这段代码表明，JavaScript 认为 "𝌆" 是两个字符，而不是一个。这显然是不正确的。

4. 畸形 Unicode 字符串：当事情变得糟糕

更糟糕的是，JavaScript 允许创建“畸形”的 Unicode 字符串。这意味着字符串中可能包含无效的代理对，或者只有高位代理或低位代理，而没有对应的另一半。

const str1 = "uD800"; // 只有高位代理
const str2 = "uDC00"; // 只有低位代理

这些字符串在 Unicode 规范中是不合法的，但 JavaScript 仍然允许它们存在。这会导致各种各样的问题，比如：

• 显示错误： 畸形字符串可能会导致浏览器显示乱码或者无法识别的字符。
• 安全漏洞： 在某些情况下，畸形字符串可能会被用于绕过安全检查，导致跨站脚本攻击（XSS）或其他安全问题。

5. Well-formed Unicode strings 提案：拯救世界

Well-formed Unicode strings 提案旨在解决 JavaScript 中畸形 Unicode 字符串的问题。该提案引入了一种新的字符串类型，称为“well-formed string”，它保证字符串中只包含有效的 Unicode 字符。

具体来说，该提案做了以下几件事：

• 引入了新的 API，用于创建和操作 well-formed string。
• 修改了现有的字符串 API，使其能够更好地处理 well-formed string。
• 定义了 JavaScript 如何处理畸形字符串，以及如何将其转换为 well-formed string。

6. 新的 API：拥抱 Well-formed String

Well-formed Unicode strings 提案引入了一些新的 API，让我们能够更方便地处理 Unicode 字符串。虽然这些 API 仍在提案阶段，并没有完全标准化，但我们可以提前了解一下：

• String.prototype.isWellFormed(): 这个方法用于检查一个字符串是否是 well-formed string。

  const str1 = "Hello";
  const str2 = "uD800"; // 畸形字符串
  
  console.log(str1.isWellFormed()); // 输出: true
  console.log(str2.isWellFormed()); // 输出: false

• String.prototype.toWellFormed(): 这个方法用于将一个字符串转换为 well-formed string。如果字符串本身就是 well-formed string，则直接返回。如果字符串包含畸形字符，则会将这些字符替换为 Unicode 替换字符 (U+FFFD)，也就是 ""。

  const str = "HellouD800World";
  const wellFormedStr = str.toWellFormed();
  
  console.log(wellFormedStr); // 输出: "HelloWorld"

• String.fromCodePoint(...codePoints): 这个静态方法用于从码位序列创建 well-formed string。

  const str = String.fromCodePoint(72, 101, 108, 108, 111, 0x1D306); // Hello𝌆
  console.log(str); // 输出: "Hello𝌆"

7. 改造现有 API：让一切更美好

除了引入新的 API，Well-formed Unicode strings 提案还修改了一些现有的字符串 API，使其能够更好地处理 well-formed string。例如，length 属性现在应该能够正确地计算包含代理对的字符串的长度。

const str = "Hello𝌆";
console.log(str.length); // 应该输出: 6 (而不是 7)

当然，这些修改需要 JavaScript 引擎的支持。在提案完全标准化并被广泛实现之前，我们仍然需要注意兼容性问题。

8. 如何处理畸形字符串：实用技巧

即使 Well-formed Unicode strings 提案最终被广泛采用，我们仍然需要了解如何处理畸形字符串。以下是一些实用技巧：

• 输入验证： 在处理用户输入时，一定要进行验证，确保输入的字符串是 well-formed string。可以使用 String.prototype.isWellFormed() 方法或者自定义的正则表达式来进行验证。

  function isValidInput(input) {
    // 使用正则表达式检查是否包含无效的代理对
    const invalidSurrogatePairRegex = /[uD800-uDBFF](?![uDC00-uDFFF])|(?<![uD800-uDBFF])[uDC00-uDFFF]/;
    return !invalidSurrogatePairRegex.test(input);
  }
  
  const userInput = "HellouD800World";
  if (isValidInput(userInput)) {
    console.log("Valid input");
  } else {
    console.log("Invalid input");
  }

• 数据清洗： 在处理外部数据时，可以使用 String.prototype.toWellFormed() 方法将畸形字符串转换为 well-formed string。

  const externalData = "Data with uD800 invalid characters";
  const cleanedData = externalData.toWellFormed();
  console.log(cleanedData); // 输出: "Data with  invalid characters"

• 使用库： 可以使用一些专门处理 Unicode 字符串的库，比如 punycode.js、string.js 等。这些库提供了丰富的功能，可以帮助我们更轻松地处理各种 Unicode 问题。

  // 假设你使用了 string.js 库
  const S = require('string');
  const str = "HellouD800World";
  const cleanedStr = S(str).stripInvalidUnicode().s; // 使用 string.js 清理字符串
  console.log(cleanedStr); // 输出: "Hello World" (移除了无效字符)

• 了解编码： 深入了解 Unicode、UTF-8、UTF-16 等编码方式，可以帮助我们更好地理解 JavaScript 如何处理字符串，从而避免出现问题。

9. 兼容性：前方有坑，小心驾驶

Well-formed Unicode strings 提案仍在标准化过程中，因此并非所有 JavaScript 引擎都支持它。在使用这些新的 API 时，一定要注意兼容性问题。

• 特性检测： 在使用新的 API 之前，可以使用特性检测来判断当前环境是否支持它们。

  if (String.prototype.isWellFormed) {
    // 支持 isWellFormed 方法
    console.log("isWellFormed is supported");
  } else {
    // 不支持 isWellFormed 方法
    console.log("isWellFormed is not supported");
  }

• Polyfill： 如果需要在不支持这些 API 的环境中使用它们，可以使用 polyfill 来提供兼容性支持。Polyfill 是一种代码，它可以模拟原生 API 的行为，从而使旧的浏览器或环境也能使用新的特性。 有一些现成的polyfill库可以帮你实现这些功能，但你需要自己搜索并引入。

10. 总结：拥抱 Unicode，告别乱码

Well-formed Unicode strings 提案是 JavaScript 对 Unicode 支持的重要一步。虽然它还在发展中，但它已经为我们提供了一些有用的工具和技巧，可以帮助我们更好地处理 Unicode 字符串，避免乱码和其他问题。

总而言之，理解 Unicode 的基本概念、了解 JavaScript 如何处理 Unicode 字符串、掌握处理畸形字符串的技巧，对于编写高质量的 JavaScript 应用至关重要。

希望今天的讲座对大家有所帮助！ 感谢大家的收听！ 咱们下次再见！