UTF-8

Přirozené kódování znaků Unicode/UCS do 2 nebo 4 bajtů se nazývá UCS-2/UTF-16 a UCS-4/UTF-32. Pokud se nespecifikuje jinak, ukládá se nejprve nejvýznamnější bajt (tzv. konvence big-endian). S řetězci uloženými ve formátu UCS-2 nebo UCS-4 je spojeno několik problémů:

• UCS-2 a UCS-4 nejsou zpětně kompatibilní s formátem ASCII
• Nejednoznačnost interpretace kvůli neurčené endianitě
• Uložení textu v latince je několikanásobně náročnější na paměť.
• Některé bajty v řetězci mohou obsahovat binární nuly, které mají zvláštní význam v některých programovacích jazycích.
• Některé bajty mohou obsahovat znaky, které mají zvláštní význam pro operační systém (např. „/“, „\“).

Z uvedených důvodů nejsou formáty UCS-2 a UCS-4 vhodné pro ukládání do souborů.

Tyto problémy řeší kódování UTF-8, které má následující vlastnosti:

• UCS znaky U+0000 až U+007F jsou kódovány jednoduše jako bajt 0x00 až 0x7F. To znamená, že řetězce obsahující pouze ASCII znaky mají shodné kódování v UTF-8 i v ASCII.
• Všechny znaky větší než U+007F jsou kódovány jako sekvence několika bajtů, z nichž každý má nastaven nejvyšší bit na jedničku. To znamená, že bajty nemohou být zaměněny s žádným ASCII znakem.
• První bajt sekvence, která reprezentuje ne-ASCII znak, je vždy v rozsahu 0xC0 až 0xFD a určuje, kolik bajtů následuje. Všechny následující znaky sekvence jsou v rozsahu 0x80 až 0xBF. To umožňuje snadnou synchronizaci a odolnost proti ztrátě některých bajtů.
• Může být kódován celý rozsah UCS 2³¹ znaků.
• Zakódované znaky mohou být dlouhé až 4 bajty (v původní verzi až 6 bytů), ale základní 16bitové znaky BMP (basic multilingual plane) jsou jen 1 až 3 bajty dlouhé.
• Pořadí big-endian (nejvýznamnější bajt ukládán jako první) je zachováno.
• Bajty s hodnotou 0xFE a 0xFF nejsou nikdy použity.

Každému z více než milionu znaků (písmových i řídicích) je přiřazeno číslo – tzv. kódový bod – a čím je toto číslo vyšší, tím je potřeba k jeho kódování více bajtů. V každém bajtu jsou nejvýznamnější bity příznakové a indikují, kolik bajtů je pro zapsání znaku použito, zatímco zbývajícími bity je zapsán vlastní kód znaku. Pro přepis kódu znaku se používá formát U+XXXX, kde XXXX je hexadecimální kód znaku, tedy každá číslice (X) šestnáctkové soustavy odpovídají čtyřem bitům (polovině bajtu).

Následující tabulka ukazuje způsob kódování. Pokud je nejvýznamnější bit bajtu 0 (hodnoty 0–127), jedná se o jednobajtový kód dle tabulky ASCII. V ostatních případech jsou rozhodující bity na začátku prvního bajtu: počet jedničkových bitů zakončených nulou (110–11110) odpovídá počtu bajtů sekvence (2–4), ostatní bajty začínají bity 10. Ostatní bity v sekvenci (označené xxx) slouží k vyjádření vlastního kódového bodu (kódu znaku). Počet n těchto bitů určuje (teoretický) počet 2ⁿ kódových bodů, tedy znaků, které lze touto sekvencí kódovat.

Podle původní definice byl jeden znak v UTF-8 reprezentován jedním až šesti bajty.[3][4] V listopadu 2003 byl rozsah kódů ISO/IEC 10646 omezen na U+10FFFF kvůli shodnému omezení s UTF-16, RFC 3629 již popisuje UTF-8 s tímto omezením.