Unicode：如何让用户东方不败和[Family: Man, Woman, Girl, Boy]顺利通过用户名长度检查？

给你这样一个需求：实现一个函数，我们将用这个函数来计算用户在注册账号时输入的用户名长度，当用户名长度超过限制5时，我们会阻止用户使用这个用户名。函数输入为UTF-8编码的std::string。

这听起来似乎很容易，一行代码就能够搞定：

int stringLength(const std::string& s) { return s.size(); }

注册我们账号的第一位用户叫做Mary，stringLength不负众望地给我们返回了4，这让她通过了用户名长度检测，顺利注册了账号。

第二位用户叫做东方不败，他的名字看起来也只有4个字，应该也能够顺利通过用户名长度检测。然而事与愿违，用户界面提示用户名超长，通过一番调试，我们发现stringLength返回了12。

虽然初看起来有点奇怪，但是作为一个程序员，经过短暂的思考以后，我们不难弄清楚，一个英文字母和一个汉字虽然都对应一个Unicode code point，但是在使用UTF-8编码时，英文字母和汉字由于code point的范围不同，它们的“地位”是不同的。

First code point	Last code point	Byte 1	Byte 2	Byte 3	Byte 4
U+0000	U+007F	0yyyzzzz
U+0080	U+07FF	110xxxyy	10yyzzzz
U+0800	U+FFFF	1110wwww	10xxxxyy	10yyzzzz
U+010000	U+10FFFF	11110uvv	10vvwwww	10xxxxyy	10yyzzzz

之所以会得到12，是因为常用汉字的Unicode Block “CJK Unified Ideographs” code point范围为U+4E00~U+9FFF，使用UTF-8编码时占3个字节，3x4=12：

东方不败
U+4E1C U+65B9 U+4E0D U+8D25
0xE4 0xB8 0x9C 0xE6 0x96 0xB9 0xE4 0xB8 0x8D 0xE8 0xB4 0xA5

但是作为一名对Unicode/UTF-8一窍不通的普通用户，东方不败大概不会满意我们的解释，他只知道自己心爱的名字“东方不败”4个字因为超出长度限制5而无法注册，这太荒谬了。为了让这名用户满意，我们需要实现一个stringLength_v2来纠正这个问题。

在stringLength_v2中，std::string::size将派不上用场，它代表的是字符串占用了几个字节，而不是里面有几个文字。由于C++标准库中并没有可靠的Unicode编解码接口，此时我们最好依赖三方库，使用icu将UTF-8编码的std::string转换成icu::UnicodeString，然后“数一数”里面到底有几个code point，按我们目前的理解，一个code point就是一个字，有几个code point就是有几个字。

int stringLength_v2(const std::string& s) {icu::UnicodeString ustr = icu::UnicodeString::fromUTF8(s);int32_t length = 0;for (int32_t i = 0; i < ustr.length();) {UChar32 c;U16_NEXT(ustr.getBuffer(), i, ustr.length(), c);if (c >= 0) {++length;}}return length;
}

需要注意的是，icu::UnicodeString内部使用UTF-16存储数据，因此ustr.length()并不是code point的个数，我们必须自己来数。

将“东方不败”4个字传给stringLength_v2以后，我们如愿得到了4，用户东方不败也顺利注册了自己的账号。

又来了一位用户，他的名字叫做 👨‍👩‍👧‍👦，你不要觉得奇怪，这个世界发展很快，也许以后每个人都会把emoji放进自己的名字，毕竟emoji也是Unicode，而且还是很酷的Unicode。这个用户名看起来只有一个“字”，但他也没能顺利地通过用户名长度检测，我们惊奇地发现，stringLength_v2给我们返回了7。

这次又是哪里弄错了呢？stringLength_v2数出来有7个code point，但是这个用户的名字看起来只有一个“字”。把7个code point都打印出来，它们分别是：

👨‍👩‍👧‍👦
U+1F468 U+200D U+1F469 U+200D U+1F467 U+200D U+1F466

他的名字确实有7个code point，但显示时又只占据了一个字符的空间。经过一番学习，我们又了解到了grapheme cluster和combining character的概念，简而言之，用户看到的一个“字”，并不对应着一个code point，而是对应着一个grapheme cluster。而一个grapheme cluster可能是由多个code point组成的。除了emoji，还有下面这些例子，它们都是包含combining character的grapheme cluster，我们可以使用C++的\u转义来构造它们：

"\u092b\u093f" -> फि
"\u0061\u0308\u0303\u0323\u032d" -> ạ̭̈̃
"\u0e02\u0e36\u0e49" -> ขึ้

为了让用户👨‍👩‍👧‍👦能够顺利注册账号，我们需要再实现一个stringLength_v3，这个版本不再计算code point的个数，而是计算grapheme cluster的个数，它才是用户看到的字符的个数。

int stringLength_v3(const std::string& s) {UErrorCode status = U_ZERO_ERROR;icu::UnicodeString ustr = icu::UnicodeString::fromUTF8(s);std::unique_ptr<icu::BreakIterator> bi(icu::BreakIterator::createCharacterInstance(icu::Locale::getDefault(),status));if (U_FAILURE(status) || !bi) {return -1;}bi->setText(ustr);int count = 0;for (int32_t start = bi->first(), end = bi->next();end != icu::BreakIterator::DONE; start = end, end = bi->next()) {++count;}return count;
}

在stringLength_v3的帮助下，用户👨‍👩‍👧‍👦成功注册了账号，他对stringLength_v3表示了感谢。不过需要注意的是，Unicode并没有规定一个grapheme cluster中code point数量的上限，恶意用户完全可以构造一个超长的单一grapheme cluster来消耗我们宝贵的资源，因此有必要为s.size()也加上一个限制，比如说64。如果真的有善良的用户通过了stringLength_v3考验，但是没能通过s.size()的考验，我们可以考虑把他介绍给我们的竞争对手，他们拥有丰富的资源。

stringLength_v3让所有用户顺利注册了账号，皆大欢喜的结局！

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一些有用的URL：

0. https://www.compart.com/en/unicode/plane/U+0000: 拥有整套的Unicode数据集，可以让你获取到每个Unicode code point你想了解的所有信息
1. https://www.compart.com/en/unicode/block/U+4E00: Unicode Block “CJK Unified Ideographs”
2. https://home.unicode.org/: Unicode官网
3. https://www.unicode.org/versions/latest/: Unicode标准最新版本
4. https://unicode.org/emoji/charts/full-emoji-list.html: Emoji全集
5. https://icu.unicode.org/: icu官网
6. https://en.wikipedia.org/wiki/Unicode: Unicode维基百科
7. https://en.wikipedia.org/wiki/UTF-8: UTF-8维基百科

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最后附上完整的代码和输出。

代码

#include <unicode/brkiter.h>
#include <unicode/locid.h>
#include <unicode/unistr.h>
#include <unicode/utypes.h>#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>int stringLength(const std::string& s) { return s.size(); }int stringLength_v2(const std::string& s) {icu::UnicodeString ustr = icu::UnicodeString::fromUTF8(s);int32_t length = 0;for (int32_t i = 0; i < ustr.length();) {UChar32 c;U16_NEXT(ustr.getBuffer(), i, ustr.length(), c);if (c >= 0) {++length;}}return length;
}int stringLength_v3(const std::string& s) {UErrorCode status = U_ZERO_ERROR;icu::UnicodeString ustr = icu::UnicodeString::fromUTF8(s);std::unique_ptr<icu::BreakIterator> bi(icu::BreakIterator::createCharacterInstance(icu::Locale::getDefault(),status));if (U_FAILURE(status) || !bi) {return -1;}bi->setText(ustr);int count = 0;for (int32_t start = bi->first(), end = bi->next();end != icu::BreakIterator::DONE; start = end, end = bi->next()) {++count;}return count;
}int main() {std::vector<std::string> names = {"Mary","东方不败","👨‍👩‍👧‍👦","\u0061\u0308\u0303\u0323\u032d","\u0e02\u0e36\u0e49","\u092b\u093f"};for (const std::string& name : names) {printf("%2d %2d %2d %s\n", stringLength(name), stringLength_v2(name),stringLength_v3(name), name.c_str());}return 0;
}

编译

g++ -licuuc main.cpp

输出

 4  4  4 Mary
12  4  4 东方不败
25  7  1 👨‍👩‍👧‍👦9  5  1 ạ̭̈̃9  3  1 ขึ้6  2  1 फि