精通python100天——第九天:字符串

精通python100天——第九天:字符串

字符串的定义

在Python程序中,如果我们把单个或多个字符用单引号或者双引号包围起来,就可以表示一个字符串。字符串中的字符可以是特殊符号、英文字母、中文字符、日文的平假名或片假名、希腊字母、Emoji字符等。
例如:

s1 = 'hello, world!'
s2 = "你好,世界!"
print(s1, s2)
# 以三个双引号或单引号开头的字符串可以折行
s3 = '''
hello, 
world!
'''
print(s3, end='')

提示print函数中的end=''表示输出后不换行,即将默认的结束符\n(换行符)更换为''(空字符)。

转义字符和原始字符串

可以在字符串中使用\(反斜杠)来表示转义,也就是说\后面的字符不再是它原来的意义,例如:\n不是代表反斜杠和字符n,而是表示换行;\t也不是代表反斜杠和字符t,而是表示制表符。所以如果字符串本身又包含了'"\这些特殊的字符,必须要通过\进行转义处理。例如要输出一个带单引号或反斜杠的字符串,需要用如下所示的方法。

s1 = '\'hello, world!\''
print(s1)
s2 = '\\hello, world!\\'
print(s2)

Python中的字符串可以rR开头,这种字符串被称为原始字符串,意思是字符串中的每个字符都是它本来的含义,没有所谓的转义字符。例如,在字符串'hello\n'中,\n表示换行;而在r'hello\n'中,\n不再表示换行,就是反斜杠和字符n。大家可以运行下面的代码,看看会输出什么。

# 字符串s1中\t是制表符,\n是换行符
s1 = '\time up \now'
print(s1)
# 字符串s2中没有转义字符,每个字符都是原始含义
s2 = r'\time up \now'
print(s2)

在Python2中,普通字符串是以8位ASCII码进行存储的,而Unicode字符串则存储为16位unicode字符串,这样能够表示更多的字符集。使用的语法是在字符串前面加上前缀 u。
在Python3中,所有的字符串都是Unicode字符串。
Python中还允许在\后面还可以跟一个八进制或者十六进制数来表示字符(字符对应的编码值),例如\141\x61都代表小写字母a,前者是八进制的表示法,后者是十六进制的表示法。另外一种表示字符的方式是在\u后面跟Unicode字符编码,例如\u4f60\u597d代表的是中文“你好”。运行下面的代码,看看输出了什么。

s1 = '\141\142\143\x61\x62\x63'
s2 = '\u4f60\u597d'
print(s1, s2)

字符串的运算

Python为字符串类型提供了非常丰富的运算符,我们可以使用+运算符来实现字符串的拼接,可以使用*运算符来重复一个字符串的内容,可以使用innot in来判断一个字符串是否包含另外一个字符串,我们也可以用[][:]运算符从字符串取出某个字符或某些字符,和我们之前学的列表和集合一样。

拼接和重复

下面的例子演示了使用+*运算符来实现字符串的拼接和重复操作。

s1 = 'hello' + ' ' + 'world'
print(s1)    # hello world
s2 = '!' * 3
print(s2)    # !!!
s1 += s2     # s1 = s1 + s2
print(s1)    # hello world!!!
s1 *= 2      # s1 = s1 * 2
print(s1)    # hello world!!!hello world!!!

*实现字符串的重复是非常有意思的一个运算符,在很多编程语言中,要表示一个有10个a的字符串,你只能写成"aaaaaaaaaa",但是在Python中,你可以写成'a' * 10。你可能觉得"aaaaaaaaaa"这种写法也没有什么不方便的,那么想一想,如果字符a要重复100次或者1000次又会如何呢?

比较运算

对于两个字符串类型的变量,可以直接使用比较运算符比较两个字符串的相等性或大小。需要说明的是,因为字符串在计算机内存中也是以二进制形式存在的,那么字符串的大小比较比的是每个字符对应的编码的大小。例如A的编码是65, 而a的编码是97,所以'A' < 'a'的结果相当于就是65 < 97的结果,很显然是True;而'boy' < 'bad',因为第一个字符都是'b'比不出大小,所以实际比较的是第二个字符的大小,显然'o' < 'a'的结果是False,所以'boy' < 'bad'的结果也是False。如果不清楚两个字符对应的编码到底是多少,可以使用ord函数来获得,例如ord('A')的值是65,而ord('你')的值是20320。下面的代码为大家展示了字符串的比较运算。

s1 = 'a whole new world'
s2 = 'hello world'
print(s1 == s2, s1 < s2)      # False True
print(s2 == 'hello world')    # True
print(s2 == 'Hello world')    # False
print(s2 != 'Hello world')    # True
s3 = '你好'
print(ord('你'), ord('好'))               # 20320 22909
s4 = '王大锤'
print(ord('王'), ord('大'), ord('锤'))    # 29579 22823 38180
print(s3 > s4, s3 <= s4)      #False  True 

需要强调一下的是,字符串的比较运算比较的是字符串的内容,Python中还有一个is运算符(身份运算符),如果用is来比较两个字符串,它比较的是两个变量对应的字符串对象的内存地址(不理解先跳过),简单的说就是两个变量是否对应内存中的同一个字符串。看看下面的代码就比较清楚is运算符的作用了。

s1 = 'hello world'
s2 = 'hello world'
s3 = s2
# 比较字符串的内容
print(s1 == s2, s2 == s3)    # True True
# 比较字符串的内存地址
print(s1 is s2, s2 is s3)    # False True

成员运算

Python中可以用innot in判断一个字符串中是否存在另外一个字符或字符串,innot in运算通常称为成员运算,会产生布尔值TrueFalse,代码如下所示。

s1 = 'hello, world'
print('wo' in s1)    # True
s2 = 'goodbye'
print(s2 in s1)      # False

获取字符串长度

获取字符串长度没有直接的运算符,而是使用内置函数len,我们在上节课的提到过这个内置函数,代码如下所示。

s = 'hello, world'
print(len(s))                   # 12
print(len('goodbye, world'))    # 14

索引和切片

如果希望从字符串中取出某个字符,我们可以对字符串进行索引运算,运算符是[n],其中n是一个整数,假设字符串的长度为N,那么n可以是从0N-1的整数,其中0是字符串中第一个字符的索引,而N-1是字符串中最后一个字符的索引,通常称之为正向索引;在Python中,字符串的索引也可以是从-1-N的整数,其中-1是最后一个字符的索引,而-N则是第一个字符的索引,通常称之为负向索引。注意,因为字符串是不可变类型,所以不能通过索引运算修改字符串中的字符

s = 'abc123456'
N = len(s)

# 获取第一个字符
print(s[0], s[-N])    # a a

# 获取最后一个字符
print(s[N-1], s[-1])  # 6 6

# 获取索引为2或-7的字符
print(s[2], s[-7])    # c c

# 获取索引为5和-4的字符
print(s[5], s[-4])    # 3 3

需要提醒大家注意的是,在进行索引操作时,如果索引越界(正向索引不在0N-1范围,负向索引不在-1-N范围),会引发IndexError异常,错误提示信息为:string index out of range(字符串索引超出范围)。

如果要从字符串中取出多个字符,我们可以对字符串进行切片,运算符是[i:j:k],其中i是开始索引,索引对应的字符可以取到;j是结束索引,索引对应的字符不能取到;k是步长,默认值为1,表示从前向后获取相邻字符的连续切片,所以:k部分可以省略。假设字符串的长度为N,当k > 0时表示正向切片(从前向后获取字符),如果没有给出ij的值,则i的默认值是0j的默认值是N;当k < 0时表示负向切片(从后向前获取字符),如果没有给出ij的值,则i的默认值是-1,j的默认值是-N - 1。如果不理解,直接看下面的例子,记住第一个字符的索引是0-N,最后一个字符的索引是N-1-1就行了。

s = 'abc123456'

# i=2, j=5, k=1的正向切片操作
print(s[2:5])       # c12

# i=-7, j=-4, k=1的正向切片操作
print(s[-7:-4])     # c12

# i=2, j=9, k=1的正向切片操作
print(s[2:])        # c123456

# i=-7, j=9, k=1的正向切片操作
print(s[-7:])       # c123456

# i=2, j=9, k=2的正向切片操作
print(s[2::2])      # c246

# i=-7, j=9, k=2的正向切片操作
print(s[-7::2])     # c246

# i=0, j=9, k=2的正向切片操作
print(s[::2])       # ac246

# i=1, j=-1, k=2的正向切片操作
print(s[1:-1:2])    # b135

# i=7, j=1, k=-1的负向切片操作
print(s[7:1:-1])    # 54321c

# i=-2, j=-8, k=-1的负向切片操作
print(s[-2:-8:-1])  # 54321c

# i=7, j=-10, k=-1的负向切片操作
print(s[7::-1])     # 54321cba

# i=-1, j=1, k=-1的负向切片操作
print(s[:1:-1])     # 654321c

# i=0, j=9, k=1的正向切片
print(s[:])         # abc123456

# i=0, j=9, k=2的正向切片
print(s[::2])       # ac246

# i=-1, j=-10, k=-1的负向切片
print(s[::-1])      # 654321cba

# i=-1, j=-10, k=-2的负向切片
print(s[::-2])      # 642ca

循环遍历每个字符

如果希望从字符串中取出每个字符,可以使用for循环对字符串进行遍历,有两种方式。

方式一:

s1 = 'hello'
for index in range(len(s1)):
    print(s1[index])

方式二:

s1 = 'hello'
for ch in s1:
    print(ch)

字符串的方法

在Python中,我们可以通过字符串类型自带的方法对字符串进行操作和处理,对于一个字符串类型的变量,我们可以用变量名.方法名()的方式来调用它的方法。所谓方法其实就是跟某个类型的变量绑定的函数,后面我们讲面向对象编程的时候还会对这一概念详加说明。

大小写相关操作

下面的代码演示了和字符串大小写变换相关的方法。

s1 = 'hello, world!'

# 使用capitalize方法获得字符串首字母大写后的字符串
print(s1.capitalize())   # Hello, world!
# 使用title方法获得字符串每个单词首字母大写后的字符串
print(s1.title())        # Hello, World!
# 使用upper方法获得字符串大写后的字符串
print(s1.upper())        # HELLO, WORLD!

s2 = 'GOODBYE'
# 使用lower方法获得字符串小写后的字符串
print(s2.lower())        # goodbye

查找操作

如果想在一个字符串中从前向后查找有没有另外一个字符串,可以使用字符串的findindex方法。

s = 'hello, world!'

# find方法从字符串中查找另一个字符串所在的位置
# 找到了返回字符串中另一个字符串首字符的索引
print(s.find('or'))        # 8
# 找不到返回-1
print(s.find('shit'))      # -1
# index方法与find方法类似
# 找到了返回字符串中另一个字符串首字符的索引
print(s.index('or'))       # 8
# 找不到引发异常
print(s.index('shit'))     # ValueError: substring not found

在使用findindex方法时还可以通过方法的参数来指定查找的范围,也就是查找不必从索引为0的位置开始。findindex方法还有逆向查找(从后向前查找)的版本,分别是rfindrindex,代码如下所示。

s = 'hello good world!'

# 从前向后查找字符o出现的位置(相当于第一次出现)
print(s.find('o'))       # 4
# 从索引为5的位置开始查找字符o出现的位置
print(s.find('o', 5))    # 7
# 从后向前查找字符o出现的位置(相当于最后一次出现)
print(s.rfind('o'))      # 12

性质判断

可以通过字符串的startswithendswith来判断字符串是否以某个字符串开头和结尾;还可以用is开头的方法判断字符串的特征,这些方法都返回布尔值,代码如下所示。

s1 = 'hello, world!'

# startwith方法检查字符串是否以指定的字符串开头返回布尔值
print(s1.startswith('He'))    # False
print(s1.startswith('hel'))   # True
# endswith方法检查字符串是否以指定的字符串结尾返回布尔值
print(s1.endswith('!'))       # True

s2 = 'abc123456'

# isdigit方法检查字符串是否由数字构成返回布尔值
print(s2.isdigit())    # False
# isalpha方法检查字符串是否以字母构成返回布尔值
print(s2.isalpha())    # False
# isalnum方法检查字符串是否以数字和字母构成返回布尔值
print(s2.isalnum())    # True

格式化字符串

在Python中,字符串类型可以通过centerljustrjust方法做居中、左对齐和右对齐的处理。如果要在字符串的左侧补零,也可以使用zfill方法。

s = 'hello, world'

# center方法以宽度20将字符串居中并在两侧填充*
print(s.center(20, '*'))  # ****hello, world****
# rjust方法以宽度20将字符串右对齐并在左侧填充空格
print(s.rjust(20))        #         hello, world
# ljust方法以宽度20将字符串左对齐并在右侧填充~
print(s.ljust(20, '~'))   # hello, world~~~~~~~~
# 在字符串的左侧补零
print('33'.zfill(5))      # 00033
print('-33'.zfill(5))     # -0033

在用print函数输出字符串时,可以用下面的方式对字符串进行格式化。

a = 321
b = 123
print('%d * %d = %d' % (a, b, a * b))

当然,我们也可以用字符串的方法来完成字符串的格式,代码如下所示。

a = 321
b = 123
print('{0} * {1} = {2}'.format(a, b, a * b))

从Python 3.6开始,格式化字符串还有更为简洁的书写方式,就是在字符串前加上f来格式化字符串,在这种以f打头的字符串中,{变量名}是一个占位符,会被变量对应的值将其替换掉,代码如下所示。

a = 321
b = 123
print(f'{a} * {b} = {a * b}')

如果需要进一步控制格式化语法中变量值的形式,可以参照下面的表格来进行字符串格式化操作。

变量值 占位符 格式化结果 说明
3.1415926 {:.2f} '3.14' 保留小数点后两位
3.1415926 {:+.2f} '+3.14' 带符号保留小数点后两位
-1 {:+.2f} '-1.00' 带符号保留小数点后两位
3.1415926 {:.0f} '3' 不带小数
123 {:0>10d} '0000000123' 左边补0,补够10位
123 {:x<10d} '123xxxxxxx' 右边补x ,补够10位
123 {:>10d} ' 123' 左边补空格,补够10位
123 {:<10d} '123 ' 右边补空格,补够10位
123456789 {:,} '123,456,789' 逗号分隔格式
0.123 {:.2%} '12.30%' 百分比格式
123456789 {:.2e} '1.23e+08' 科学计数法格式

修剪操作

字符串的strip方法可以帮我们获得将原字符串修剪掉左右两端空格之后的字符串。这个方法非常有实用价值,通常用来将用户输入中因为不小心键入的头尾空格去掉,strip方法还有lstriprstrip两个版本,相信从名字大家已经猜出来这两个方法是做什么用的。

s = '   [email protected]  \t\r\n'
# strip方法获得字符串修剪左右两侧空格之后的字符串
print(s.strip())    # [email protected]

替换操作

如果希望用新的内容替换字符串中指定的内容,可以使用replace方法,代码如下所示。replace方法的第一个参数是被替换的内容,第二个参数是替换后的内容,还可以通过第三个参数指定替换的次数。

s = 'hello, world'
print(s.replace('o', '@'))     # hell@, w@rld
print(s.replace('o', '@', 1))  # hell@, world

拆分/合并操作

可以使用字符串的split方法将一个字符串拆分为多个字符串(放在一个列表中),也可以使用字符串的join方法将列表中的多个字符串连接成一个字符串,代码如下所示。

s = 'I love you'
words = s.split()
print(words)            # ['I', 'love', 'you']
print('#'.join(words))  # I#love#you

需要说明的是,split方法默认使用空格进行拆分,我们也可以指定其他的字符来拆分字符串,而且还可以指定最大拆分次数来控制拆分的效果,代码如下所示。

s = 'I#love#you#so#much'
words = s.split('#')
print(words)  # ['I', 'love', 'you', 'so', 'much']
words = s.split('#', 3)
print(words)  # ['I', 'love', 'you', 'so#much']

编码/解码操作

Python中除了字符串str类型外,还有一种表示二进制数据的字节串类型(bytes)。所谓字节串,就是由零个或多个字节组成的有限序列。通过字符串的encode方法,我们可以按照某种编码方式将字符串编码为字节串,我们也可以使用字节串的decode方法,将字节串解码为字符串,代码如下所示。

    b = '大海'
    e = b.encode('utf-32')
    print(e)    # b"\xff\xfe\x00\x00'Y\x00\x00wm\x00\x00"
    f = e.decode('utf-32')
    print(f)     # 大海

注意,如果编码和解码的方式不一致,会导致乱码问题(无法再现原始的内容)或引发UnicodeDecodeError错误导致程序崩溃。

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