Python编程思想（5）：格式化字符串

《Python编程思想》总目录

目录

1. 字符串格式化基础

2. 模板字符串

3. 字符串的format方法

4. 更进一步控制字符串格式化参数

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前面讲的字符串都是静态的，也就是说，一旦指定一个字符串，就固定不变了。但在很多场景下，需要替换字符串中的某一部分。当然，要实现这种操作最简单的方式就是使用字符串连接，不过这太麻烦。在Python中为了解决这个问题，提供了各种格式化字符串的方式。

所谓格式化字符串，其实就是在字符串中包含一些占位符，然后用另外一些字符串来替换这些占位符。本文将介绍Python中常用的字符串格式化方法。

1. 字符串格式化基础

字符串格式化相当于字符串模板。也就是说，如果一个字符串有一部分是固定的，而另一部分是动态变化的，那么就可以将固定的部分做成模板，然后那些动态变化的部分使用字符串格式化操作符（%）替换。如一句问候语：“Hello 李宁”，其中“Hello”是固定的，但“李宁”可能变成任何一个人的名字，如“乔布斯”，所以在这个字符串中，“Hello”是固定的部分，而“李宁”是动态变化的部分，因此，需要用“%”操作符替换“李宁”，这样就形成了一个模板。

Hello %s

上面的代码中，“%”后面的s是什么呢？其实字符串格式化操作符后面需要跟着动态值的数据类型，以及更细节的格式（如对于浮点数来说，小数点后要保留几位），这里的“%s”表示动态部分要被替换成字符串类型的值。如果在字符串模板中有多个要被替换的部分，需要按顺序用“%”表示，然后在格式化字符串时，传入的值也要符合这个顺序。下面的例子演示了格式化字符串的基本用法。

示例代码：

#  定义字符串模板
formatStr = "Hello %s. Today is %s, Are there any activities today?"
#  初始化字符串格式化参数值，此处必须使用元组，不能使用列表
values = ('Mike', 'Wednesday')
# Hello Mike. Today is Wednesday, Are there any activities today?
print(formatStr % values)  # 格式化字符串

基本的格式化字符串方法.py从上面的代码可以看出，不仅在为字符串模板指定格式化参数时要使用百分号（%），在格式化字符串时，也要像取模一样使用“%”操作符。还有就是指定字符串格式化参数值要使用元组，在这里不能使用列表。

在上面的例子中，只是使用了字符串作为格式化参数，但在实际的应用中，可能会有其他类型的字符串格式化参数。如果遇到这种情况，可以使用str函数将这些数据类型的值转换为字符串类型的值，然后再传入字符串模板，这么做在大多数情况下是可行的，但如果要对格式化参数值有更进一步的要求，光使用str函数就做不到了，这就要使用能表示这些数据类型的格式化参数，如“%f”表示浮点类型的格式化参数。

示例代码：用各种类型的值格式化字符串.py

# 在这个字符串模板中，包含了浮点数和整数类型的格式化参数
formatStr1 = "PI是圆周率,他的值是%.4f（保留小数点后%d位）"
#  导入math模块中的pi变量
from math import pi
#  定义与formatStr1对应的格式化参数值
values1 = (pi, 4)
#  格式化字符串，运行结果：PI是圆周率,他的值是3.1416（保留小数点后4位）
#  PI是圆周率,他的值是3.1416（保留小数点后4位）
print(formatStr1 % values1)
#  在这个字符串模板中，包含了整数和字符串类型的格式化参数
formatStr2 = "这件事的成功率是%d%%, 如果有%s参与的话，成功率会提升至%d%%"
values2 = (56, "John",70)
# 运行结果：这件事的成功率是56%, 如果有John参与的话，成功率会提升至70%
# 这件事的成功率是56%, 如果有John参与的话，成功率会提升至70%
print(formatStr2 % values2)
values3 = (66,"Mike")
#  由于指定的参数值的数量和格式化参数的数量不匹配，所以会抛出异常
# print(formatStr2 % values3)

在上面的代码中，为格式化字符串指定了不同数据类型的格式化参数。如果要在格式化字符串中显示百分号（%），就要使用两个百分号（%%）表示。当传入的参数值的数量与格式化参数的数量不匹配时，就会抛出异常。

2. 模板字符串

在string模块中提供了一个用于格式化字符串的Template类，该类的功能是用同一个值替换所有相同的格式化参数。Template类的格式化参数用美元符号（$）开头，后面跟着格式化参数名称，相当于变量名。在格式化时，需要使用Template类的substitute方法，该方法用于指定格式化参数对应的值。

from string import Template
template = Template("$s  $s  $s ")
template.substitute(s = "Hello")

在上面的代码中，通过Template类的构造方法传入了一个格式化字符串，在这个格式化字符串中包含了3个“$s”，然后调用了substitute方法格式化这个字符串，该方法指定了s参数值为“Hello”，最后的替换结果是“Hello Hello Hello”，也就是说，在格式化字符串中，有多少个“$s”，就替换多少个“$s”。substitute方法还可以通过字典（见下一章）设置格式化参数的值。下面的例子完整地演示了如何使用Template类格式化字符串。

示例代码：模板字符串.py

# 引用string模块中的Template类
from string import Template

template1 = Template("$s是我最喜欢的编程语言, $s非常容易学习，而且功能强大")
# 指定格式化参数s的值是Python
# Python是我最喜欢的编程语言, Python非常容易学习，而且功能强大
print(template1.substitute(s='Python'))
# 当格式化参数是一个字符串的一部分时，为了和字符串的其他部分区分开，
# 需要用一对大括号将格式化参数变量括起来
template2 = Template("${s}stitute")
# substitute
print(template2.substitute(s='sub'))

template3 = Template("$dollar$$相当于多少$pounds")
# 替换两个格式化参数变量
# 20$相当于多少英磅
print(template3.substitute(dollar=20, pounds='英磅'))

template4 = Template("$dollar$$相当于多少$pounds")
data = {}
data['dollar'] = 100
data['pounds'] = '英磅'
# 使用字典指定格式化参数值
# 100$相当于多少英磅
print(template4.substitute(data))

3. 字符串的format方法

字符串本身也有一个format方法用于格式化当前的字符串。这个format方法和前面讲的格式化操作符（%）不太一样。字符串格式化参数并不是用百分号（%）表示，而是用一对大括号（{}），而且支持按顺序指定格式化参数值和关键字格式化参数。例如，下面的代码通过format方法按顺序为格式化字符串指定了参数值。

print("{}  {}  {}".format(1,2,3))   # 运行结果：1  2  3

我们可以看到，上面的代码在字符串中指定了3对空的大括号，这代表3个格式化参数，不需要指定数据类型，可以向其传递Python语言支持的任何值。通过format方法传入3个值（1，2，3），这3个值会按顺序替换格式化字符串中的3对空的大括号。

命名格式化参数是指在一对大括号中指定一个名称，然后调用format方法时也要指定这个名称。

print("{a}  {b}  {c}".format(a = 1,c = 2,b = 3))   # 运行结果：1  3  2

上面的代码在3对大括号中分别添加了“a”、“b”、“c”。通过format方法指定了这3个关键字参数的值。我们可以看到，并没有按顺序指定关键字参数的值。这也是使用关键字参数的好处，只要名字正确，fomat参数的顺序可以任意指定。当然，顺序方式和关键字参数方式可以混合使用，而且还可以指定顺序方式中格式化参数从format方法提取参数值的顺序，甚至可以取format方法参数值的一部分。哇，接连抛出了这么多功能，可能很多读者有点应接不暇了，别着急，下面的例子为我们演示format方法的一些常用使用方式。

示例代码：format方法.py

# 包含了2个空的大括号，format方法需要按顺序指定格式化参数值
s1 = "Today is {}, the temperature is {} degrees."
# format方法的第1个参数值对应s1的第1对大括号，第2个参数值对应s1的第2对大括号
# Today is Saturday, the temperature is 24 degrees.
print(s1.format("Saturday", 24))

#  包含了2个命名格式化参数，一个是{week}，另一个是{degree}
s2 = "Today is {week}, the temperature is {degree} degrees."
#  format方法的第1个参数指定了{degree}的值，第2个参数指定了{week}的值，
#  可以将degree和week调换，s2.format(week ="Sunday", degree = 22)
#  Today is Sunday, the temperature is 22 degrees.
print(s2.format(degree=22, week="Sunday"))

# 混合了顺序格式化参数和关键字格式化参数两种方式
s3 = "Today is {week}, {}，the {} temperature is {degree} degrees."
#  format方法的参数，前面应该是按顺序传递的格式化参数值，后面是关键字格式化参数值，顺序不能调换
#  这样做是错误的：s3.format(degree = 22, "aaaaa", 12345, week ="Sunday")
#  Today is Sunday, aaaaa，the 12345 temperature is 22 degrees.
print(s3.format("aaaaa", 12345, degree=22, week="Sunday"))

#  为顺序格式化参数指定了从format方法获取参数值的顺序，{1}表示从format方法的第2个参数取值
#  {0}表示从format方法的第1个参数取值
s4 = "Today is {week}, {1}，the {0} temperature is {degree} degrees."
# Today is Sunday, 12345，the aaaaa temperature is 22 degrees.
print(s4.format("aaaaa", 12345, degree=22, week="Sunday"))

#  定义了一个列表
fullname = ["Bill", "Gates"]
# {name[1]}取fullname列表中的第2个值（Gates）
# format方法通过关键字参数，为name名字指定了fullname列表。运行结果：Mr Gates
print("Mr {name[1]}".format(name=fullname))
# 导入math模块
import math

# 访问math模块中的“__name__”变量来获取模块的名字，访问math模块中的pi变量获取PI的值
s5 = "The {mod.__name__} module defines the value {mod.pi} for PI"
# format方法为mod关键字参数指定了math模块
# The math module defines the value 3.141592653589793 for PI
print(s5.format(mod=math))

4. 更进一步控制字符串格式化参数

format方法的功能远不止这些，在一对大括号中添加一些字符串格式化类型符，可以对格式化字符串进行更多的控制。例如，下面的代码会将一个字符串类型的格式化参数值按原样输出、通过repr函数输出，以及输出其Unicode编码。

print("{first!s}  {first!r}  {first!a}".format(first = "中"))

执行这行代码，会输出如下的结果。

中  '中'  '\u4e2d' 

除此之外，format方法还支持很多其他的控制符，例如，可以将整数按浮点数输出，也可以将十进制数按二进制、八进制、十六进制格式输出。下面的例子为我们演示了如何使用这些控制符格式化字符串。

示例代码：控制符格式化字符串.py

# 原样输出：中  调用repr函数：'中'  输出Unicode编码：'\u4e2d'
print("原样输出：{first!s}  调用repr函数：{first!r}  输出Unicode编码：{first!a}".format(first = "中"))
# 将21按浮点数输出
# 整数：21  浮点数：21.000000
print("整数：{num}  浮点数：{num:f}".format(num = 21))
#  将56按十进制、二进制、八进制和十六进制格式输出
#  十进制：56  二进制：111000  八进制：70  十六进制：38
print("十进制：{num}  二进制：{num:b}  八进制：{num:o}  十六进制：{num:x}".format(num = 56))
# 将533按科学计数法格式输出
# 科学计数法：5.330000e+02
print("科学计数法：{num:e}".format(num = 533))
# 将0.56按百分比格式输出，运行结果：百分比：56.000000%
# 百分比：56.000000%
print("百分比：{num:%}".format(num = 0.56))

下图是format支持的一些常用的字符串格式化类型符。