帰ってきた「しっぽのさきっちょ」

Go 言語と Unicode 正規化 — プログラミング言語 Go

今回は少し目先を変えて「Unicode 正規化(normalization)」のお話。

2羽の「ペンギン」

まず「ペンギン」という文字列を思い浮かべてみる。 この文字列を Unicode のコードポイントで表すと以下のようになる。

  • ペ:U+30DA
  • ン:U+30F3
  • ギ:U+30AE
  • ン:U+30F3

ところでペンギンの「ペ」と「ギ」は半濁点および濁点を含む。 Unicode は「ペ」と「ギ」をそれぞれ2つの要素に分解できる。

  • ペ:U+30D8 + U+309A
  • ン:U+30F3
  • ギ:U+30AD + U+3099
  • ン:U+30F3

U+309A および U+3099 はそれぞれ半濁点と濁点を表す「結合文字(combining character)」である。 「ヘ」や「キ」のような「基底文字(base character)」に結合文字を1つ以上1 付加した文字を「合成列(composite sequence)」と呼ぶ。 これに対して「ペ:U+30DA」や「ギ:U+30AE」のような文字を「事前合成形(precomposed)」と呼ぶ。

つまり同じ文字を同じ文字集合2 で表しているのにもかかわらず複数の符号化3 が存在するわけだ。 これを「重複符号化」と言う。 文字集合に重複符号化があるというのは,はっきり言って「クソ仕様」である。

もちろんこれは Unicode を作った連中がヘボいのではなく(いや,ヘボいのかもしれないが),いわゆる「歴史的経緯」というやつである4。 だからこれはこういうものだと諦めるしかない。

しかし情報処理を行う上では,この2羽の「ペンギン」が等価(equivalance)であることを示す手立てを考えなければならない。

正規等価

2羽の「ペンギン」が等価であることを示す一番簡単な方法は,文字列を事前合成形あるいは合成列のどちらかに統一(=正規化)してしまえばいい。 これを「正規等価(canonical equivalance)」と呼ぶ。 このうち,事前合成形に正規化する方法を “NFC(Normalization Form Composition)”,合成列に正規化する方法を “NFD(Normalization Form Decomposition)” と呼ぶ。

Go 言語では golang.org/x/text/unicode/norm パッケージで Unicode 文字列を正規化できる。 まぁ,コードで書いたほうがはやいか。

package main

import (
	"fmt"

	"golang.org/x/text/unicode/norm"
)

func main() {
	penguin := "ペンギン"
	for pos, runeValue := range penguin {
		fmt.Printf("penguin[%d] = %#U\n", pos, runeValue)
	}

	penguin2 := string(norm.NFD.Bytes([]byte(penguin)))
	for pos, runeValue := range penguin2 {
		fmt.Printf("penguin2[%d] = %#U\n", pos, runeValue)
	}

	penguin3 := string(norm.NFC.Bytes([]byte(penguin2)))
	for pos, runeValue := range penguin3 {
		fmt.Printf("penguin3[%d] = %#U\n", pos, runeValue)
	}
}

実行結果はこんな感じ。

penguin[0] = U+30DA 'ペ'
penguin[3] = U+30F3 'ン'
penguin[6] = U+30AE 'ギ'
penguin[9] = U+30F3 'ン'
penguin2[0] = U+30D8 'ヘ'
penguin2[3] = U+309A '゚'
penguin2[6] = U+30F3 'ン'
penguin2[9] = U+30AD 'キ'
penguin2[12] = U+3099 '゙'
penguin2[15] = U+30F3 'ン'
penguin3[0] = U+30DA 'ペ'
penguin3[3] = U+30F3 'ン'
penguin3[6] = U+30AE 'ギ'
penguin3[9] = U+30F3 'ン'

NFC と NFD が交換可能であることがわかると思う。

3羽目の「ペンギン」と互換等価

さてここで3羽目の「ペンギン」に登場してもらおう。

  • ヘ:U+FF8D
  • ゚:U+FF9F
  • ン:U+FF9D
  • キ:U+FF77
  • ゙:U+FF9E
  • ン:U+FF9D

これはいわゆる「半角カナ」である。 半角カナの半濁点 U+FF9F および濁点 U+FF9E は結合文字の半濁点 U+309A および濁点 U+3099 と同等とみなされているが「ペ」や「ギ」に相当する半角カナの事前合成形は存在しないため NFC で事前合成形に正規化しようとしても

package main

import (
	"fmt"

	"golang.org/x/text/unicode/norm"
)

func main() {
	penguin := "ペンギン"
	for pos, runeValue := range penguin {
		fmt.Printf("penguin[%d] = %#U\n", pos, runeValue)
	}

	penguin2 := string(norm.NFC.Bytes([]byte(penguin)))
	for pos, runeValue := range penguin2 {
		fmt.Printf("penguin2[%d] = %#U\n", pos, runeValue)
	}
}
penguin[0] = U+FF8D 'ヘ'
penguin[3] = U+FF9F '゚'
penguin[6] = U+FF9D 'ン'
penguin[9] = U+FF77 'キ'
penguin[12] = U+FF9E '゙'
penguin[15] = U+FF9D 'ン'
penguin2[0] = U+FF8D 'ヘ'
penguin2[3] = U+FF9F '゚'
penguin2[6] = U+FF9D 'ン'
penguin2[9] = U+FF77 'キ'
penguin2[12] = U+FF9E '゙'
penguin2[15] = U+FF9D 'ン'

何も変わらないことが分かるだろう。 そもそも半角カナは「互換用文字(Compatibility Character)」として異なるコードポイントが割り当てられているため,このままでは3羽目の「ペンギン」が等価であることを示せない。

このような場合は「ペンギン」と互換性のある別の文字列に正規化できるとよい。 これを「互換等価(compatibility equivalance)」と呼ぶ。 具体的には,事前合成形に正規化する NFKC(Normalization Form Compatibility Composition)と合成列に正規化する NFKD(Normalization Form Compatibility Decomposition)の2つがある。

早速 norm パッケージを使ってコードを書いてみる。

package main

import (
	"fmt"

	"golang.org/x/text/unicode/norm"
)

func main() {
	penguin := "ペンギン"
	for pos, runeValue := range penguin {
		fmt.Printf("penguin[%d] = %#U\n", pos, runeValue)
	}

	penguin2 := string(norm.NFKC.Bytes([]byte(penguin)))
	for pos, runeValue := range penguin2 {
		fmt.Printf("penguin2[%d] = %#U\n", pos, runeValue)
	}
}

これを実行すると

penguin[0] = U+FF8D 'ヘ'
penguin[3] = U+FF9F '゚'
penguin[6] = U+FF9D 'ン'
penguin[9] = U+FF77 'キ'
penguin[12] = U+FF9E '゙'
penguin[15] = U+FF9D 'ン'
penguin2[0] = U+30DA 'ペ'
penguin2[3] = U+30F3 'ン'
penguin2[6] = U+30AE 'ギ'
penguin2[9] = U+30F3 'ン'

となり, NFC で正規化した「ペンギン」と等価であることがわかる。

互換等価による正規化は応用範囲が広い。 たとえば「㈱」(U+3231)は「(株)」(U+0028 + U+682A + U+0029)に変換される。 文字列検索の前に互換等価による正規化を行っておくことで処理がやりやすくなるというのはあるかもしれない。 ただし, NFC と NFD は交換可能だが(ただしオリジナル文字列が事前合成形と合成列とで混在している場合は元に戻せないが), NFKC や NFKD で正規化した文字列を元に戻す方法はないので注意が必要である5

恐怖の CJK 互換文字

正規等価については注意すべき点がある。 有名な「神」を例に挙げよう。 これを NFC / NFD で正規化する。

package main

import (
	"fmt"

	"golang.org/x/text/unicode/norm"
)

func main() {
	god := "神"
	for pos, runeValue := range god {
		fmt.Printf("god[%d] = %#U\n", pos, runeValue)
	}

	god2 := string(norm.NFC.Bytes([]byte(god)))
	for pos, runeValue := range god2 {
		fmt.Printf("god2[%d] = %#U\n", pos, runeValue)
	}

	god3 := string(norm.NFD.Bytes([]byte(god)))
	for pos, runeValue := range god3 {
		fmt.Printf("god3[%d] = %#U\n", pos, runeValue)
	}
}

これを実行すると

god[0] = U+FA19 '神'
god2[0] = U+795E '神'
god3[0] = U+795E '神'

となり,NFC でも NFD でも違う文字になってしまった。 ちなみに「神」から「神」へ正規化する方法はない。 困ったね。

実は「神」は「CJK 互換文字」と呼ばれるグループに属し,「神」とは異体字の関係にある。 故に「神」を「神」に正規化してしまったのである。

これは明らかに仕様ミスである。 「神」と「神」のような異体字の関係は本来なら正規等価ではなく互換等価であるべきだからだ。

…やっぱり Unicode はクソ仕様だ。

ただ,これが実際の場面で問題になることは少ないと思われる。 なぜなら,正規化を行うのは「2つの文字列が等価であるか?」を調べるための手段にすぎないからだ。 普通はね。

ところが,普通でないことをする馬鹿がいるのである。

独自路線に走る Apple

Apple の OS X (iOS も?)のファイルシステムである HFS+ はファイル名を NFD 相当に正規化するという恐ろしい仕様になっている6。 しかしそれでは先ほどの例のように異体字を別の文字に変えられてしまうため困ったことになってしまう。

そこで Apple は CJK 互換文字を含むいくつかの文字を正規化の対象から外すという蛮行に出た。 俗に “NFD-mac” などと呼ばれる独自路線に走ってしまったわけだ。 クソの上塗りである。

これにより様々な(特にマルチプラットフォームな)アプリケーションが多大なる迷惑を被ることになるが7,深くはツッコむまい。

Unicode 正規化に関するまとめ

以上, Unicode 正規化の4つの方式をまとめると以下のようになる。

Composing Decomposing
Canonical equivalence norm.NFC norm.NFD
Compatibility equivalence norm.NFKC norm.NFKD
via “Text normalization in Go”

ちなみに norm パッケージでは “NFD-mac” なるローカル仕様には対応していないので,必要なら自作する必要がある。

Unicode 文字列の等価属性を調べる際には是非参考にどうぞ。

ブックマーク

Go 言語に関するブックマーク集はこちら


  1. 結合文字はひとつの基底文字に対して複数付加される場合もある。しかもこの場合に結合文字同士の順序は不定である。 [return]
  2. 正しくは「符号化文字集合(coded character set)」である。 [return]
  3. これは UTF-8 などの「文字エンコーディング」とは異なるものだ。 [return]
  4. 日本の JIS 規格にも「歴史的経緯」による重複符号化がある。言わずと知れた「半角」「全角」文字である。異体字も一種の重複符号化と言える。もちろんこれは日本語圏だけの問題ではなく,大抵の言語圏は似たような重複符号化の問題を抱えている。そして Unicode はそうした仕様上の欠陥も含めて併呑してしてしまっているため,このような有様になっているわけだ。問題を先送りして更に酷いことになるという失敗例の典型ですな。この辺の「歴史的経緯」の一部については大昔に拙文「文字コードとその実装」で言及しているので参考にどうぞ。古すぎて一部使えない記述もあるけど。 [return]
  5. 単に全角・半角変換ができればいいのなら golang.org/x/text/width パッケージをお勧めする。 [return]
  6. ちなみに Windows のファイルシステムはフォルダ・ファイルの名前を正規化するとかいうアホなことはしない。事前合成形も合成列も受け入れる。見かけ同じ名前のフォルダ・ファイルが複数できる可能性はあるが,それはそれ。多分,ほとんどの OS のファイルシステムは名前の正規化なんてしてないはず。この HFS+ による Unicode 正規化のおかげで他プラットフォームはかなりの迷惑を被ることになる。たとえば複数のプラットフォームをまたぐファイル交換(例えば Linux → OS X → Windows みたいな経路)を行った場合に OS X を経由した途端にフォルダ・ファイル名を書き換えられてしまうのだ。しかもユーザやアプリケーションは基本的に干渉できない。迷惑千万な話である。もっとも Windows ユーザは Windows ファイルシステムのダメさ加減が身に沁みてるので他所を嗤えないけど(笑) [return]
  7. たとえば Linus Torvalds は HFS+ に起因する git の脆弱性問題で激怒している。 [return]