前言
随着科技发展，智能手机的普及，Emoji已经融入到了我们的生活中，但每天使用Emoji的你真的清楚它是什么，是由什么东西组成的，和普通的字符有什么区别吗？本文就从技术的角度带你揭秘Emoji的全貌。
起因
最近项目里有一个AI聊天机器人，你可以向他提问，他会以流式打印的形式一字一字的将回答呈现给用户。在这过程中我就发现，每当打印到Emoji的时候，总会先出现一个问号形状的乱码，然后才能显示出Emoji，有的Emoji更奇特，以👨👩👧👦为例，在打印过程中会依此显示👨👩👧👦四个Emoji，最后突然啪的一下，合成一整个👨👩👧👦，是不是很神奇？这个现象引起了我的好奇，于是我开始翻阅资料，揭开Emoji的神秘面纱。
Emoji的起源及发展
Emoji来自日语词汇"絵文字"（假名为“えもじ”，读音即 emoji），绘指图画，文字指字符，最早由栗田穰崇（Shigetaka Kurita）创作，设计灵感源于天气预报图标、汉字、漫画和路标等，最初的Emoji有176个，都是12 x 12像素的图片。
1999年，日本通讯运营商DOCOMO公司发布了在当时具有跨时代意义的iMode手机，最早的Emoji便搭载于其中。
Emoji一经诞生，人们便发现这些形象的Emoji实在是太好用了，不仅方便，还能使聊天过程更加有趣，随即便立刻被日本各大科技公司注意到，日本的三大运营商开始把Emoji加入到自己的短信业务中，很快便横扫了全日本，但为了打击竞争对手，各大运营商都使用自己的Emoji标准。这导致了不同运营商的手机无法正常显示对方手机发的Emoji。
苹果是Emoji传遍全球的最大功臣。为了把iPhone打入日本市场，苹果决定在iOS 2.2中加入日本消费者的最爱emoji，为了迎合日本市场，他们在3个月的时间推出了400多个表情符号，极大地拓展了Emoji的表情数量，那时的iOS Emoji只在日本地区可用，但“好景不长”，北美的iOS 2.2用户发现了隐藏在系统中的Emoji，之后Emoji很快流行了起来，这种现象得到了其它科技公司的注意。
随着Emoji的流行，2010年，Emoji 首次被纳入Unicode v6.0字符集中。每个字符（表情）都被设定了统一且唯一的二进制码，从而保障了各平台手机都能使用Emoji，截止撰文期间，最新的Unicode v15.1字符集中已有3782个Emoji字符，而更新的Unicode v16版本预计于2024年9月发布release，届时会有更多的Emoji被支持。
Unicode
既然Emoji被Unicode所收纳，那我们必先得去了解Unicode。
广义上的Unicode是一个标准，定义了Unicode字符集以及一系列的编码规则，是一种收录了世界上所有语言的文字和符号的全球标准。
那么Unicode是怎样收录如此庞大的字符内容呢？很简单，给每个字符指定一个编号就行了，在Unicode中被称为码点（CodePoint），它的表现形式为U+后面跟上一个十六进制数，比如U+0041表示大写字母A。
世界上有那么多字符，Unicode并不是一次性定义的，而是分区定义，每个区可以存放 65536 (2^16) 个字符，称为一个平面（Plane），目前Unicode从第0平面到第16平面总共有17个平面，其中第0平面被称为基本平面（BMP），它的码点范围从0一直到65535，写成十六进制也就是 U+0000 - U+FFFF ，所有的常见字符都被放在这个平面，这是Unicode最先定义和公布的一个平面，而剩下的平面被称为辅助平面，码点范围从 U+010000 一直到 U+10FFFF
UTF-16
Unicode字符集只规定了每个字符的码点，但这一个个码点应该被计算机传输识别呢？这就涉及到编码的概念了，目前Unicode实际应用使用的编码方式为UCS-2，也就是每个字符占用2个字节，Unicode还有一种4字节的编码方式UCS-4，但这里不做讨论。
使用UCS-2编码方式包含65536个字符空间（2个字节的可用空间即为2^16），对应着表示着Unicode字符集中的基本平面，那剩余的辅助平面又该如何表示呢？UTF-16应运而生。
UTF-16是UCS-2的超集，是一种变长编码，它的编码规则很简单：基本平面的字符占用2个字节，辅助平面的字符占用4个字节，也就是说UTF-16的编码长度要么是2个字节（U+0000-U+FFFF），要么是4个字节（U+010000-U+10FFFF）。
那么问题来了，采用UTF-16编码的时候，我们该怎么判断这个字符占用的是2个字节还是4个字节呢？这里有个巧妙的方式，在Unicode的基本平面中，从U+D800到U+DFFF是一个空段，即这些码点不对应任何字符，因此，这个空段可以用来映射辅助平面的字符。辅助平面的字符一共有2^20个（一个平面2^16个字符 * 16个平面(2^4)），因此表示这些字符至少需要20个二进制位。UTF-16将这20个二进制位分成两半，前10位映射在U+D800到U+DBFF（UTF-16的高半区，空间大小2^10），称为高位（H），后10位映射在U+DC00到U+DFFF（UTF-16的低半区，空间大小2^10），称为低位（L）。这意味着，一个辅助平面的字符，被拆成两个基本平面的字符表示。
因此，每当程序遇到2个字节时，便会去判断它的码元是否在U+D800到U+DBFF之间，如果在的话则可以假定它是一个4字节的字符，此时接着往后读2个字节，如果这2个字节的的码元在U+DC00到U+DFFF之间，将他们组合起来获得到实际字符；而如果不在的话则可以判定为是一个2字节的字符。
我们以Java中获取码点的方法Character.codePointAt为例来解读一下代码中如何获取一个字符的码点：
public final
class Character implements java.io.Serializable, Comparable<Character> {
// ...
public static final char MIN_HIGH_SURROGATE = '\uD800';
public static final char MAX_HIGH_SURROGATE = '\uDBFF';
public static final char MIN_LOW_SURROGATE = '\uDC00';
public static final char MAX_LOW_SURROGATE = '\uDFFF';
public static final int MIN_SUPPLEMENTARY_CODE_POINT = 0x010000;
// ...
public static int codePointAt(CharSequence seq, int index) {
char c1 = seq.charAt(index);
// 码元在 U+D800 到 U+DBFF 之间，并且下一个char的index没到结尾
if (isHighSurrogate(c1) && ++index < seq.length()) {
char c2 = seq.charAt(index);
// 下一个char的码元在 U+DC00 到 U+DFFF 之间
if (isLowSurrogate(c2)) {
// 组合起来获得完整字符的码点
return toCodePoint(c1, c2);
}
}
// 字符码点即是单个char的码元
return c1;
}
// 码元是否在 U+D800 到 U+DBFF 之间
public static boolean isHighSurrogate(char ch) {
// Help VM constant-fold; MAX_HIGH_SURROGATE + 1 == MIN_LOW_SURROGATE
return ch >= MIN_HIGH_SURROGATE && ch < (MAX_HIGH_SURROGATE + 1);
}
// 码元是否在 U+DC00 到 U+DFFF 之间
public static boolean isLowSurrogate(char ch) {
return ch >= MIN_LOW_SURROGATE && ch < (MAX_LOW_SURROGATE + 1);
}
/**
* 计算规则：
* 1. 高位上的码元减掉高半区的起始值 0xD800 ，然后左移10位
* 2. 低位上的码元减掉低半区的起始值 0xDC00
* 3. 将 1 和 2 的计算结果以及辅助平面的起始值 0x010000 相加，获取到完整的码点值
*/
public static int toCodePoint(char high, char low) {
// Optimized form of:
// return ((high - MIN_HIGH_SURROGATE) << 10)
// + (low - MIN_LOW_SURROGATE)
// + MIN_SUPPLEMENTARY_CODE_POINT;
return ((high << 10) + low) + (MIN_SUPPLEMENTARY_CODE_POINT
- (MIN_HIGH_SURROGATE << 10)
- MIN_LOW_SURROGATE);
}
// ...
}
Emoji规则
了解了Unicode标准后，我们回过头来思考一下，是不是说Emoji在Unicode标准中也仅仅只是被当成普通的字符看待呢？当然并非如此，除了之前说的平面规则等，Emoji在Unicode中还有一套自己的规则，这些规则都可以在 Unicode 技术标准 #51 Emoji 中找到，官方的文档乍一看可能比较难理解，接下来就由我来给大家做一个解读。
首先，Emoji在大类上可以分成两种，一种是基本Emoji，一种是多字符组合而成的复合Emoji
基本Emoji
什么是基本Emoji呢？指的是直接在Unicode字符集里定义的一个Emoji字符，大多数基本Emoji字符都被划归到U+1F300-U+1F6FF和U+1F900-U+1FAFF这两个区域
具体都有哪些基本Emoji字符，我们可以在Unicode的官网文档 emoji-data 中找到
复合Emoji
所谓的复合Emoji（我自己取的名字）指的是由多个字符组成的Emoji，它有着多种构造方式
在 Unicode 技术标准 #51 Emoji 中的1.4.9小节中，我们可以找到Unicode对Emoji定义的正则表达式，接下来我们就通过对这个正则表达式进行一步步的解析来了解Emoji的组成规则
\p{RI} \p{RI}
| \p{Emoji}
( \p{EMod}
| \x{FE0F} \x{20E3}?
| [\x{E0020}-\x{E007E}]+ \x{E007F}
)?
(\x{200D}
( \p{RI} \p{RI}
| \p{Emoji}
( \p{EMod}
| \x{FE0F} \x{20E3}?
| [\x{E0020}-\x{E007E}]+ \x{E007F}
)?
)
)*
旗帜
首先我们看第一行的匹配条件\p{RI} \p{RI}，这里的\p{RI}全称为Regional Indicator，翻译成中文就是区域指示符，根据这行正则我们可以了解到，两个区域指示符连接便可组成一个Emoji，那么这个区域指示符是什么呢？
通过 维基百科 我们可以得知，区域指示符指的是从U+1F1E6到U+1F1FF中的字符，位于Unicode第一辅助平面的带圈字母数字补充区块内。
正如区块描述所说，这些字符看起来就像是一个个英文字母，外面套了个方框，这里是完整的字符表：🇦 🇧 🇨 🇩 🇪 🇫 🇬 🇭 🇮 🇯 🇰 🇱 🇲 🇳 🇴 🇵 🇶 🇷 🇸 🇹 🇺 🇻 🇼 🇽 🇾 🇿，通过两两组合的方式，将它们拼成国家或地区的代号，我们就能得到该国家或地区的旗帜。
以中国🇨🇳举例，中国的代号为CN，那我们就将🇨和🇳两个字符拼接到一起，便能得到中国国旗🇨🇳
肤色修饰符
第二行的\p{Emoji}指的就是我们之前说过的基本Emoji，这个是构成除旗帜外的复合Emoji的基础条件，接着我们看正则的第三到第六行，这里用括号括起了一个条件，括号的尾部跟了一个问号，表示括号中的这个条件最多只可以出现一次（0次或1次），括号内的条件又是由三个子条件组成，用或号分割，满足任意一条条件则视为整个条件成立，我们首先看第一个子条件\p{EMod}。
全世界的人们都希望拥有反映更多人类多样性的Emoji，尤其是对于肤色。Unicode v8.0（2015年中）发行了五个为人类表情符号提供一系列肤色的符号修饰符符，具体的修饰符以及效果由下图所示：
我们以基本Emoji✋为例，它的码点是U+270B，在他后面加上U+1F3FB，这个Emoji就变成了✋🏻，同样的：
- ✋ +
U+1F3FC = ✋🏼 - ✋ +
U+1F3FD = ✋🏽 - ✋ +
U+1F3FE = ✋🏾 - ✋ +
U+1F3FF = ✋🏿
变体选择符
接着，我们再看第二个子条件x{FE0F} \x{20E3}?，这里的x{FE0F}指的是变体选择符-16（Variation Selector-16），那么首先，什么是变体选择符呢？
实际上，支持象形文字的字体最早可以追溯到1993年，我们可以看一下Unicode字符集的装饰符号区U+2700-U+27FF
那如果Emoji想要在这些象形文字的基础上做扩展，添加颜色，使其更加生动怎么办？没错，此时就需要使用到变体选择符了。
变体选择符（简称VS）是一个基本多文种平面的Unicode区段，包括16个变体选择符。这些选择器用于描述前一个字符的特点字形。目前 Unicode已定义数学符号、绘文字、八思巴字母及中日韩统一表意文字所对应的中日韩兼容表意文字。目前Unicode仅定义 VS1, VS2, VS3, VS15 及 VS16，VS15 和 VS16 分别用于标示某字符应该显示为普通文字或者是Emoji，这些字符被命名为U+FE00（VS1）至U+FE0F(VS16)。选择符仅应用于前一个字符。
以刚才我们在装饰符号区中看到的剪刀符号✂U+2702为例，在它的后面加上VS16 U+FE0F，这个字符就变成了Emoji✂️，是不是很神奇
键帽符
看完了变体选择符后，我们紧接着会疑惑，那这个条件后面的\x{20E3}又是啥呢？它被称为COMBINING ENCLOSING KEYCAP，它对前置的字符有一定的要求，只对数字、星号和井号生效，也就是说仅仅支持*#0123456789这12个字符。
它的规则是，当开头为这12个字符中的一个时，后面加上VS16 U+FE0F变成一个Emoji，然后在加上它U+20E3，这个字符就会变成一个键帽形状的字符：#️⃣ *️⃣ 0️⃣ 1️⃣ 2️⃣ 3️⃣ 4️⃣ 5️⃣ 6️⃣ 7️⃣ 8️⃣ 9️⃣
标签序列
然后是最后一个子条件[\x{E0020}-\x{E007E}]+ \x{E007F}，这是一个标签序列，它由一个基础黑旗符号，一系列标签字符以及一个标签终止符组成，首先以基础黑旗符号🏴U+1F3F4开头，然后中间是一系列的U+E0020到U+E007E之间的字符，最后以标签终止符U+E007F结尾，这样就组成了一个标签序列Emoji。
目前这种Emoji不太常见，仅仅只有英格兰、苏格兰和威尔士的旗帜使用标签序列：
- 🏴 +
U+E0067 + U+E0062 + U+E0065 + U+E006E + U+E0067 + U+E007F = 🏴 - 🏴 +
U+E0067 + U+E0062 + U+E0073 + U+E0063 + U+E0074 + U+E007F = 🏴 - 🏴 +
U+E0067 + U+E0062 + U+E0077 + U+E006C + U+E0073 + U+E007F = 🏴
零宽度连接符
这些子条件看完，我们再回归到正则表达式中来，可以观察到8到14行的条件和1到6行的条件其实是完全一样的，而在第7行出现了一个条件\x{200D}连接了这两个一样的条件，什么意思呢？
没错，结合本文的起因部分，我们很容易的就可以联想到，这个\x{200D}起到的就是连接作用，它被称为零宽度连接符（ZERO-WIDTH JOINER，简称ZWJ），通过上面正则表达式尾部的*号我们可以得知，通过这个连接符，可以连接多个Emoji合成新的Emoji，下面举几个有趣的例子：
- 👩
U+1F469 + U+200D + ✈️U+2708 U+FE0F = 👩✈️ - 👨
U+1F468 + U+200D + 💻U+1F4BB = 👨💻 - 🐻
U+1F43B + U+200D + ❄️U+2744 U+FE0F = 🐻❄️ - 🏴
U+1F3F4 + U+200D + ☠️U+2620 U+FE0F = 🏴☠️ - 🏳️
U+1F3F3 U+FE0F + U+200D + 🌈U+1F308 = 🏳️🌈
以上是由两个Emoji组成一个新的Emoji的例子，而家庭以及人际关系相关的Emoji通常会由更多Emoji构成，就拿本文开头提到的例子👨👩👧👦，它的构成实际上是这样的：
👨U+1F468 + U+200D + 👩U+1F469 + 👧U+1F467 + 👦U+1F466 = 👨👩👧👦
这也就解释了在AI聊天机器人流式打印文字的时候，为什么会依此显示👨👩👧👦四个Emoji，最后突然合成一整个👨👩👧👦了
Emoji字体
以上便是Emoji构成的所有规则了，但你有没有考虑过，一般字体都是黑白的矢量图形，为什么Emoji会显示成图片呢？
操作系统一般都会内置一种Emoji字体，MacOS/iOS内置的是Apple Color Emoji字体，Windows内置的是Segoe UI Emoji字体，Android内置的是Noto Color Emoji字体。这也是同一个Emoji再不同的设备上长得不一样的原因，除此之外，很多应用也会自带Emoji字体，比如WhatsApp、Twitter和Facebook
回归初心，如何解决流式打印问题
最后，让我们回到本文的出发点，了解了Emoji机制后，我们该如何解决AI聊天机器人的流式打印问题呢？其实很简单，根据字符串向后做一个预测就可以了，啥叫预测？就是往后匹配，看这个字符的结构当前是否符合Emoji规则，以及加上后面的字符后有没有可能组成一个完整的Emoji，这里具体的代码我就不放了，大家自行感悟吧😊
参考文献
工具
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