Python語法分析之字符串格式化

前序

There should be one - and preferably only one - obvious way to do it.
———— the Zen of Python
意譯：Python提倡用一種，而且最好是只有一種方法來完成一件事

雖然 Python 有以上的提倡，但卻在字符串格式化方面，沒有做到這一點。

字符串格式化

敲黑板，劃重點：在 Python 中有至少三種常見方式實現(xiàn)字符串格式化：

1. %-formatting 格式（Python2.6以前，推薦輸出時使用）
2. str.format() 格式（Python2.6，推薦字符串拼接使用）
3. f-string 格式（Python3.6，推薦使用）

1、printf 風格的字符串格式化（%-formatting 格式）

Python2.6 之前只有這一種方式，使用與 C 中 printf 函數(shù)一樣的語法。

基礎語法：format % value（其中 format 為一個字符串），在 format 中的 % 轉換標記符將被替換為零個或者多個 value 條目

基礎用法

# coding in Python3.7
print('this is %s blog written in %d%%%02d%%%d %02d:%d:%06.2f' 
  % ('TinyDolphin', 2019, 5, 31, 9, 30, 22.3333))
# this is TinyDolphin blog written in 2019%05%31 09:30:022.33

print('title=%(title)s, author=%(name)s' 
  % {'name': 'TinyDolphin', 'title': 'Python 語法淺析：字符串格式化'})
# title=Python 語法淺析：字符串格式化, author=TinyDolphin

print('%0*.*f' % (6, 2, 2.345))
# 002.35

printf 語法

針對這種格式化操作，重要知識點如下：

1、針對這些轉換標記字符，必須按照以下順序：

    % --> (name) --> '#'、'-'、'0'、'+'、' ' --> m.n | m --> d、s、r、f

2、常用轉換類型：

• %s 格式化字符串（str()函數(shù)）
• %r 格式化字符串（repr()函數(shù)）
•  %d 格式化整數(shù)
• %f 格式化浮點數(shù)字，可指定小數(shù)點后的精度

3、常用的轉換標記字符：

•  - 用做左對齊
• + 在正數(shù)前面顯示加號( + )
• # 在八進制數(shù)前面顯示零('0')，在十六進制前面顯示'0x'或者'0X'(取決于用的是'x'還是'X')
• 0 顯示的數(shù)字前面填充'0',而不是默認的空格
• % '%%'輸出一個單一的'%'
•  m.n 表示 m 是顯示的最小總寬度,n 是小數(shù)點后的位數(shù)
•  * 定義寬度或者小數(shù)點精度(用在不能預先指定m.n的值)
•  (var) 映射變量(字典參數(shù))

2、字符串的方式（str.format()格式）

Python2.6 開始，新增了一種格式化字符串的函數(shù) str.format()，它增強了字符串格式化的功能，比如：支持位置映射、關鍵字映射、對象屬性映射、下標映射等多種方式

基本語法是通過 {} 和 : 來代替以前的 %，例如：'%03.2f'被改寫成 '{:03.2f}'。

兩個格式化方法：

str.format(*args, **kwargs)
    字符串的格式化操作。
    str 包含字符串字面值 AND {} 括起來的替換域。
    每個替換域：位置參數(shù)的索引 OR 關鍵字參數(shù)的名稱
   
str.format_map(mapping)
    類似于 str.foramt(**mapping)
    不同之處：mapping 會被直接使用而不是復制到一個dict。

PS：Python 存在內置函數(shù) format(value, format_spec)：會轉換成 type(value).format(value, format_spec)

基礎用法

1、按位置訪問參數(shù)

'{0}-{1}-{2}'.format('a', 'b', 'c')   # 'a-b-c'
'{}-{}-{}'.format('a', 'b', 'c')    # 'a-b-c'
'{2}-{1}-{0}'.format('a', 'b', 'c')   # 'c-b-a'
'{2}-{1}-{0}'.format(*'abc')      # 'c-b-a'

args = ['a', 'b', 'c']
'{2}-{1}-{0}'.format(*args)       # 'c-b-a'

'{0}-{1}-{0}'.format(*['abc', 'def'])  # 'abc-def-abc'

2、按名稱訪問參數(shù)

'{a}-'.format(a='1', b='2')     # '1-2'

kwargs = {'a':'1', 'b':'2'}
'{a}-'.format(**kwargs)       # '1-2'

3、訪問參數(shù)的屬性

class Point:
  def __init__(self, x, y):
    self.x, self.y = x, y
  def __str__(self):
    return 'Point({self.x}, {self.y})'.format(self=self)
    
str(Point(3, 4))            # 'Point(3, 4)'

4、訪問參數(shù)的項

point = (3, 5)
'X:{0[0]} Y:{0[1]}'.format(point)    # 'X:3 Y:5'

5、替代 %s 和 %r （!s、!r）

'str() = {!s}; repr() = {!r}'.format('a', 'a') # "str() = a; repr() = 'a'"

6、對齊文本以及制定寬度（:<、:^、:>）

'{:<20}'.format('left aligned')     # 'left aligned    '
'{:>20}'.format('right aligned')    # '    right aligned'
'{:^20}'.format('centered')       # '   centered   '
# 使用 '*' 作為填充字符
'{:*^20}'.format('centered')      # '******centered******'

7、替代 %+f、%-f 和 %f 以及指定正負號（:+、:-、:）

'{:+f} {:+f}'.format(3.14, -3.14)    # '+3.140000 -3.140000'
'{: f} {: f}'.format(3.14, -3.14)    # ' 3.140000 -3.140000' 正號—>空格
'{:-f} {:-f}'.format(3.14, -3.14)    # '3.140000 -3.140000' == '{:f} {:f}'

8、替換 %x 和 %o 以及轉換基于不同進位制的值（:x、:d、:o、:b）

'int:{0:d} hex:{0:x} oct:{0:o} bin:{0:b}'.format(42)
# 'int:42 hex:2a oct:52 bin:101010'
'int:{0:d} hex:{0:#x} oct:{0:#o} bin:{0:#b}'.format(42)
# 'int:42 hex:0x2a oct:0o52 bin:0b101010'
# '#' : 加上前綴：0x、0o、0b

9、使用逗號作為千位分隔符（:,）

'{:,}'.format(123456789)        # '123,456,789'

10、表示為百分數(shù)（:.2%）

'{:.2%}'.format(19/22)         # '86.36%'

11、使用特定類型的專屬格式化

import datetime
d = datetime.datetime(2019, 6, 10, 22, 5, 13)
'{:%Y-%m-%d %H:%M:%S}'.format(d)
# '2019-06-10 22:05:13'

12、嵌套參數(shù)以及更復雜的示例

略

3、格式化字符串字面值（f-string 格式）

是帶有 'f' 或 'F' 前綴的字符串字面值。

花括號以外的部分按其字面值處理，除了雙重花括號 '{{' 或 '}}' 會被替換為相應的單個花括號。

語法如下：

單個花括號 '{'，標示一個替換字段（以 Python 表達式打頭）
 + 可能有一個以嘆號 '!' 標示的轉換字符
 + 可能有一個以冒號 ':' 標示的格式說明符
 + 以一個右花括號 '}' 作為結束

注意：格式化字符串字面值中的表達式：

• 當作正常的 Python 表達式處理 （這一點很重要，也很強大）
• 不允許空表達式
• lambda 表達式必須顯式地加上圓括號
• 可以包含換行（例如三引號字符串中）
• 不能包含注釋
• 從左到右被求值

如果指定了轉換符，則表達式求值的結果會先轉換再格式化。之后使用 Python 內置函數(shù) format() 進行格式化。

基本用法

name = 'tinyDolphin'
f'my name is {name}'      # 'my name is tinyDolphin'
f'my name is {name!r}'     # "my name is 'tinyDolphin'"

width = 10
precision = 4
value = 12.34567
f'{value:{width}.{precision}}' # '   12.35'

today = datetime.datetime(year=2019, month=6, day=10)
f'{today:%B %d, %Y}'      # 'June 10, 2019'

number = 1024
f'{number:#0x}'         # '0x400'

PS：與 str.format() 有一點不同：在 str.format() 中，非數(shù)字索引將自動轉化為字符串，而f-strings則不會。

kwargs = {'a':1, 'b':2}
# 使用 str.format()
'a={kwargs[a]}'.format(kwargs=kwargs)  # 'a=1'

# 使用 f-string
f"a={kwargs[a]}"            # × 發(fā)生異常
Traceback (most recent call last):
 File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'a' is not defined

# 正確使用 f-string
f"a={kwargs['a']}"           # 'a=1'

總結

從以下三個方面進行對比：

速度上：f-string > %-formatting > str.format()
功能上：f-string > str.format() > %-formatting
可讀性: f-string > str.format() > %-formatting

對于速度驗證，筆者就不在此進行驗證了。

推薦使用場景：

%-formatting：Python2 中，由于其性能優(yōu)勢，在涉及輸出的一些操作時，優(yōu)先推薦使用
str.format()：Python2 中，由于其功能優(yōu)勢，在涉及字符串拼接的一些操作時，優(yōu)先推薦使用
f-string：    Python3 中，強烈推薦使用

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