使用者:Xyy23330121/Python/格式化字符串

格式化字符串是一種字符串處理的方法。

str.format()方法

str.format 方法可以按模式更改字符串中的內容。我們用以下示例來展示該方法的特徵：

a = "{} World"
print(a)                 #输出：{} World
print(a.format("Hello")) #输出：Hello World
print(a)                 #输出：{} World

可以看出，a.format("Hello") 輸出了字符串 a 被替換掉大括號 {} 的版本，沒有更改字符串本身。

我們可以按順序設置以下內容，從而進行更高級的替換。

設置用於替換的參數

按順序指定

字符串中，如果不指定任何內容，大括號會被按輸入參數的順序替換。

print("{} {}".format("Hello", "World", "!"))  #输出：Hello World

按索引指定

大括號中間如果有索引，則會按輸入參數的索引替換內容。

print("{1} {2}".format("Hello", "World", "!"))  #输出：World !
print("{0} {0}".format("Hello", "World", "!"))  #输出：Hello Hello

按名稱（標識符）指定

大括號中間如果有標識符，則會按照標識符，查找傳入的參數名稱，來確定替換的內容。

print("{first} {second}".format(first = "Hello", third = "World", second = "!"))  #输出：Hello !
print("{third} {third}".format(first = "Hello", third = "World", second = "!"))  #输出：World World

索引和屬性

在指定了參數後，我們還可以進一步指定參數的元素或屬性。

使用索引

我們可以給輸入的內容指定索引。

print("{0[0]} {2}".format("Hello", "World", "!"))  #输出：H !

要注意，此時索引僅支持非負整數。如果輸入以下的內容，就會報錯：

print("{0[0:]} {2}".format("Hello", "World", "!"))
#TypeError: string indices must be integers, not 'str'

在替換時，Python 如果識別到方括號裡面有不在 0~9 中的字符，就會把索引作為字符串傳入。也就是說，在本例中，指定的替換內容是"Hello"["0:"]，而非"Hello"[0:]。這對於參數是字典的時候很有幫助，但對於參數是字符串、元組或列表的時候則相反。

解決方法見之後的 類 章節。

使用屬性

print("{0.start} {2}".format(range(3), "World", "!"))  #输出：0 !

類似索引，我們也可以指定屬性。

索引 / 屬性可以多次使用

使用索引或屬性的次數是沒有限制的。比如：

print("{0[0][1]} {2}".format(["Hello"], "World", "!"))  #输出：e !

指定轉換方式

轉換方式列表

字符	意思
s	用str函數轉換
r	用repr函數轉換
a	用ascii函數轉換

在確定了用於替換的內容後，我們可以指定轉換方式。

print("{0[0]!s} {2}".format(["Hello"], "World", "!"))  #输出：Hello !

通過輸入 ! ，再輸入代表轉換方式的字符，我們可以決定如何把參數的內容轉換為字符串。以上面的0[0]!s為例，此時，Python 會用 str(0[0])（即 str(["Hello"][0]) ）的內容去替換原字符串的內容。

repr 函數

repr 函數會嘗試返回一串字符串，使得程序員按照字符串輸入內容，就能直接生成對應的對象。比如：

print(str("114514"))  #输出：114514
print(repr("114514")) #输出：'114514'

如果程序員按照 repr 函數返回的字符串，輸入了 '114514'。那麼該程序員會得到與 repr 函數參數相同的一個對象。

備註

此處 <generator object <genexpr> at *> 中的*是程序運行時，該對象被存儲於內存中的位置，或者說，指向該對象的指針。在每次運行中，由於存儲對象所使用的內存位置不同，該值也是不同的。

但這也不絕對，比如：

print(str(i for i in range(3)))  #输出：<generator object <genexpr> at *>
print(repr(i for i in range(3))) #输出：<generator object <genexpr> at *>

repr 函數返回的結果，並非創建參數對象時使用的 i for i in range(3)。此時，哪怕使用 repr 函數，對於程序員得到相同的對象也毫無幫助。

ascii 函數

ascii函數會返回 repr 函數返回結果的轉義。它會將 repr 函數返回結果中、任何非 ascii 字符的內容，用轉義序列 \x、\u 和 \U來進行替代。

設置更多內容（格式規格迷你語言）

我們還可以用「格式規格迷你語言」設置更多內容。

print("{0!s:-^9}".format(123))  #输出：---123---

通過輸入 : ，再輸入格式規格迷你語言，我們可以進行更多設置。

對齊與填充選項

數字與轉換方式

注意到這裡有些設置僅對數字有效。如果要使用僅對數字有效的選項，則不應規定轉換方式。我們考慮以下內容：

print("{0!s:=}".format(123))

如果使用了 !s，則對於之後的設置 := 而言，傳入的參數就相當於 str(123)，即'123'——這是個字符串。從而任意僅對數字類型有效的選項在此時都會出錯。

我們可以添加以下的字符，來表示如何進行對齊：

字符	解釋
<	左對齊 （這是大多數對象的默認值）
>	右對齊 （這是對數字的默認值）
^	居中
=	（僅對數字有效）在符號後填充

其中，=4 代表數字會被填充為 - 12 的形式——在符號後填充字符，而非右對齊時在符號左側進行填充。

在指定了對齊方式後，我們可以在對齊方式的字符之前添加一個字符，指定以該字符進行填充。比如：$< 代表左對齊，不足的部分用 $ 填充。

這些行為類似於之前學過的 字符串的操作：居中與對齊 的內容，與之前學過的內容類似，只有設置了字符串的長度、大於由 str.format 的參數得到的字符串的長度後，這裡的設置才有用。

符號列表

字符	解釋
+	除負數要添加減號外，在正數前也添加一個加號。
-	僅在負數前添加減號。
	（空格）在正數前添加一個空格作為符號。

符號選項（僅對數字類型有效）

我們可以設置數字前是否添加符號。詳細見右表。

z 選項：處理負零（僅對浮點數有效）

添加字符 z 以應用此選項。

在浮點數進行轉換後，有可能會出現-0、-0.0之類的情況。這種情況一般是負的接近零的小數捨入導致的，也可能是轉換了 float("-0") 。

如果添加了字符z，Python 就會對這種情況進行修改。使其按照之前的符號選項，變為 0.0、+0.0 或 （空格）0.0。

# 選項：保留符號

添加字符 # 以應用此選項。

對於整數，如果之後設置了以二進制、八進制或十六進制進行輸出。此選項會在輸出值前添加0b、0o、0x或0X前綴。

對於浮點數和複數，它會使得轉換結果總是包含小數點（即使轉換結果不帶小數部分）。

對於 g 或 G 轉換，末尾的零不會從結果中被移除。

0 選項

添加字符 0 以應用此選項。

在沒有設置「對齊與填充選項」時。對於數字，如果應用此選項，相當於將之前的「對齊與填充選項」設置為 0=，即「在符號後，用 0 進行填充」；而對於字符串或其它對象，相當於將填充字符設置為 0。

如果設置了「對齊與填充選項」，則會優先使用「對齊與填充選項」中的設置。如果「對齊與填充選項」未指定填充字符，則該設置會將填充字符設置為 0。

字符串長度

可以輸入正整數來決定字符串的長度。如果字符串未達到長度，就會按照之前「對齊與填充選項」的設置，對字符串進行填充。

分隔符

在分隔符這裡有兩個選項：, 和 _

, 選項僅對浮點數和表示類型為 n 的整數有效，它會將 , 作為千位分隔符添加到整數或浮點數中。

_ 選項對浮點數或表示類型為 n 的整數時，會將 _ 作為千位分隔符添加到整數或浮點數中。而在使用二進制、八進制或十六進制輸出的時候，會每四個數字插入一個下劃線。

精度與字符串最大長度

通過添加 . 再輸入正整數，可以設置精度或字符串的最大長度。它僅對表示類型為 f、F 或 g、G 的浮點數，以及對字符串有效。

對於表示類型為 e、E 或 f、F 的浮點數，它代表小數點後應顯示的數位。

對於表示類型為 g 或 G 的浮點數，它代表小數點前後總共顯示的數位。

對於字符串，它代表字符串的最大大小。如果超出這個大小，就會截斷之後的部分。

表示類型

最後，我們可以設置表示類型。

對字符串

字符串可使用的表示類型如下表：

選項	解釋
s	（默認）作為字符串輸出
（省略）	使用默認選項

對整數

整數可使用的表示類型如下表：

選項	解釋
b	用二進制格式輸出
o	用八進制格式輸出
d	（默認選項）用十進制格式輸出，不支持分隔符。
x	用十六進制格式輸出，輸出時使用小寫字母，比如 1bf52。
X	用十六進制格式輸出，輸出時使用大寫字母，比如 1BF52。
n	用十進制格式輸出，支持分隔符。
c	轉換成對應的 ascii 字符進行輸出。
（省略）	使用默認選項

對浮點數

浮點數可使用的表示類型如下表：

選項	解釋
e	用科學計數法輸出，默認精度為6，即小數點後默認保留6位。比如1.000000e0 特別的，和精度無關，nan 會輸出為 nan ，inf 會被輸出為 inf
E	用科學計數法輸出，但是中間的字符會大寫。nan 和 inf 也會被輸出為大寫。
f	用定點表示法輸出，默認精度為6，即小數點後默認保留6位。比如1.000000 特別的，和精度無關，nan 會輸出為 nan ，inf 會被輸出為 inf
F	類似 f，但 nan 和 inf 會被輸出為大寫。
g	用科學計數法表示時，如果指數部分大於等於-4而小於精度（默認精度為6），則會用定點表示法輸出。反之，用科學計數法輸出。 特別的，和精度無關，nan 會輸出為 nan ，inf 會被輸出為 inf，而正負零會被輸出為 0 或 -0。
G	類似 g，但輸出會大寫。
n	這種方式的輸出，按照 Python 文檔的說明：「類似g……」。由於 Python 文檔不夠詳細，我們在下面對照示例和輸出研究它的性質。
%	轉換成百分比格式進行輸出。具體來講，是將數字乘 100 ，然後用 f 格式輸出，再在輸出結果後添加一個百分號。
（省略）	這種方式的輸出，按照 Python 文檔的說明：「類似g……」。由於 Python 文檔不夠詳細，我們在下面對照示例和輸出研究它的性質。

以上表示類型還可以用於 decimal 對象。關於 decimal 類型，參見 Python 文檔，這裡不多敘述。關於這些表示類型對 decimal 對象的行為，請讀者查閱 Python 文檔進行補充。

關於浮點數表示類型 n 的示例及輸出

表示類型 n 時，對齊方式和填充、符號選項、z選項都會按照最平凡的方式產生作用。但分隔符、#選項等選項的行為值得進行一些測試。我們看以下示例：

#默认设置
#默认是使用小写。
print("{:n}".format(1000.0))        #输出：1000
print("{:n}".format(12.345))        #输出：12.345
print("{:n}".format(float("-inf"))) #输出：-inf
print("{:n}".format(float("nan")))  #输出：nan

#分隔符
#print("{:,n}".format(1000.0))      #输出：ValueError: Cannot specify ',' with 'n'.
#print("{:_n}".format(1000.0))      #输出：ValueError: Cannot specify '_' with 'n'.

#保留符号
#无论如何，保留小数点后2位。
print("{:#n}".format(1000.0))       #输出：1000.00
print("{:#n}".format(1234.5))       #输出：1234.50

#精度
#如果数字 > 10**精度，则四舍五入后输出定点表示法。反之，则四舍五入后输出科学计数法。
print("{:.3n}".format(1000.0))      #输出：1e+03
print("{:.4n}".format(1000.0))      #输出：1000
print("{:.3n}".format(12.345))      #输出：12.3
print("{:.2n}".format(12.345))      #输出：12
print("{:.1n}".format(12.345))      #输出：1e+01

#默认精度
#默认精度为6。
print("{:n}".format(1234567.0))     #输出：1.23457e+06

#保留符号 + 精度
#在保留符号 + 精度时，总是使输出的数字位数等于精度。
print("{:#.2n}".format(1000.0))     #输出：1.0e+03
print("{:#.3n}".format(1000.0))     #输出：1.00e+03
print("{:#.4n}".format(1000.0))     #输出：1000.
print("{:#.5n}".format(1000.0))     #输出：1000.0
print("{:#.3n}".format(float("-0")))#输出：-0.00

關於浮點數表示類型（省略）的示例及輸出

省略表示類型時，對齊方式和填充、符號選項、z選項以及單獨的保留符號選項都會按照最平凡的方式產生作用。但分隔符、#選項等選項的行為值得進行一些測試。我們看以下示例：

#默认设置
#默认设置使用小写
print("{}".format(1000.0))        #输出：1000.0
print("{}".format(12.345))        #输出：12.345
print("{}".format(float("-inf"))) #输出：-inf
print("{}".format(float("nan")))  #输出：nan

#分隔符
print("{:,}".format(1000.0))      #输出：1,000.0
print("{:_}".format(1000.0))      #输出：1_000.0

#精度
#如果数字 > 10**(精度+1)，则四舍五入后输出定点表示法。反之，则四舍五入后输出科学计数法。
print("{:.4}".format(1000.0))      #输出：1e+03
print("{:.5}".format(1000.0))      #输出：1000.0

#默认精度
#默认精度足以精确表示输入的值。
print("{:}".format(1234567.0))     #输出：1234567.0

#保留符号 + 精度
#在保留符号 + 精度时，总是使输出的数字位数等于精度。
print("{:#.2}".format(1000.0))     #输出：1.0e+03
print("{:#.3}".format(1000.0))     #输出：1.00e+03
print("{:#.4}".format(1000.0))     #输出：1.000e+03
print("{:#.5}".format(1000.0))     #输出：1000.0
print("{:#.3}".format(float("-0")))#输出：-0.00

Python 文檔與語句語法

我們將利用這一章節的機會，簡單學習 Python 文檔中，語句語法的表現形式。在本章節所述的 Python 文檔中，我們看到了以下的內容。

replacement_field ::=  "{" [field_name] ["!" conversion] [":" format_spec] "}"
field_name        ::=  arg_name ("." attribute_name | "[" element_index "]")*
arg_name          ::=  [identifier | digit+]
attribute_name    ::=  identifier
element_index     ::=  digit+ | index_string
index_string      ::=  <any source character except "]"> +
conversion        ::=  "r" | "s" | "a"
format_spec       ::=  format-spec:format_spec

我們從第一行看起，第一行的內容為：

• 結構 replacement_field 由以下幾個部分組成：
  1. 前綴 {
  2. 可選：結構 field_name
  3. 可選：
     1. 前綴!
     2. 結構 conversion
  4. 可選：
     1. 前綴:
     2. 結構 format_spec
  5. 後綴 }

而第二行的內容為：

• 結構 field_name 由以下幾個部分組成：
  1. 結構 arg_name
  2. 任意個數的：
     • 二選一（其一）：
       1. 前綴 .
       2. 結構 attribute_name
     • 二選一（其二）：
       1. 前綴 [
       2. 結構 element_index
       3. 後綴 ]

這種表示方法和正則表達式很相似。| 表示或、[] 表示之間的內容可選、"" 表示之間的內容只是對應字符、而 ()* 表示中間的內容可以重複 0 至任意次。在倒數第三行，文檔在 <> 中間添加了一個注釋。

如果能直接讀懂這些內容，讀者就可以不依賴於文檔中的語言描述，直接解析語句的語法。這對於文檔中、語言描述不夠明確的情況時很好用。

延申：自定義格式化語法

根據上面的文檔，讀者還可以自行設置一套格式化語法和方式。具體讀懂上面的文檔，可能需要讀者學習之後的類章節之後才能做到。

除上面的文檔外，還可以用 類的__format__方法 來自定義格式化語法。

f 字符串

f 字符串是一種創建字符串的方法。類似「原始字符串」在創建時就不進行轉義、「f字符串」在創建時就立即被格式化。

基本使用

value = "Python"
fstr1 = f"{value}"; print(fstr1)     #输出：Python
fstr2 = f"{value * 2}"; print(fstr2) #输出：PythonPython

f 字符串會把 {} 之間的內容，當成普通的 Python 表達式來求值，把表達式返回的結果轉換為字符串並輸出到原字符串內。

在使用表達式時，有以下注意事項：

• 空表達式不被允許。
  比如 f"{}" 等，是不被允許的。
• 可以使用注釋。
• 表達式中不能出現作為運算符的 =。

= 符號只要不作為賦值表達式而出現，也是可以在表達式中的。比如：

fstr3 = f"{ '= '* 3 }"
print(fstr3)  #输出：===

使用注釋

可以用以下方式使用注釋：

fstr = f"{1 + 2 #输出：3}"
}"
print(fstr)  #输出：3

在注釋部分結束後，應當在下一行補一個 }"（或 }''' 等，取決於創建 f 字符串時使用的引號）。

= 標記（可選）

在表達式末尾，可以添加 =。此時，會在 f 字符串中同時輸出表達式的字符與表達式的結果。比如：

value = "Python"
fstr1 = f"{value =   }"
print(fstr1)
fstr2 = f"{value * 2=}"
print(fstr2)

輸出為：

value =   'Python'
value * 2='PythonPython'

等號前後以及表達式中的空格都會被原樣輸出。

! 轉換方式（可選）

在= 標記的後面，可以設置把「表達式返回值」轉換為字符串的方式。具體有三種轉換方式：

• !s（默認）用 str() 轉換。
• !r（默認）用 repr() 轉換。
• !a（默認）用 ascii() 轉換。

: 格式規格迷你語言

與 str.format 類似，這裡也可以使用格式規格迷你語言。在 str.format 中使用格式規格迷你語言的方法可以完全照搬到這裡。

但在 str.format 之外，這裡使用的格式規格迷你語言可以「按替換規則設置」。比如：

width = 6
precision = 4
value = 114.514
fstr = f"{value:@>{width}.{precision}}"
print(fstr)  输出：@114.5

在解析時，Python 先按規則替換 {width} 和 {precision} 的內容，再替換 {value:@>6.4} 的內容。

轉義

特別的，{{ 會被替換為 {，而 }} 會被替換為 }。比如：

fstr = f"}} {{}} {1+2:$^{1+2}}"
print(fstr)

輸出為：

} {} $3$

如同上述示例，最後的 }} 分別與前面兩個單獨的 { 配對。如果有配對，就不會按轉義規則進行替換。

printf 式字符串格式化

這種方法很像是 C 語言中 printf 函數格式化字符串的方式。這種方法可處理的類型範圍較窄，並且更難以正確使用，但更為快速。

字符串的格式化運算

字符串和元組 / 字典之間支持一種特殊的二元運算：格式化運算，其運算符是%。

示例：

s = "%(a)s %(b)s %(c)s"
d = {"a":"Py", "b":"th", "c":"on"}
print(s % d)  #输出：Py th on

s = "%s %s %s"
t = ("Py", "th","on")
print(s % t)  #输出：Py th on

被替換部分的規則

字符串中，被替換的部分由以下幾個部分組成：

部分	示例	解釋
%	%	字符%。
鍵 （可選）	(key_name)	用括號括起的、字典鍵的名稱。
轉換旗標 （可選）	此處列舉的旗標可以組合。
	#	轉換數字時，使用「替代形式」（見「轉換類型」）
	0	轉換數字時，用0填充
	-	轉換值靠左對齊。如果同時給出旗標0，則覆蓋後者。 比如旗標-0等同於旗標-，而旗標0-等同於旗標0。
		（空格旗標）正數或空字符串前會留一個空格
	+	轉換數字時，前面一定有符號。 如果和空格旗標一起使用，此旗標產生的符號字符會覆蓋空格旗標的效果。
最小寬度 （可選）	*	由元組中、下一個元素的數值決定。 如果使用字典與字符串作格式化運算，則不能使用此項。
	42	任意非負整數
精度 （可選）	.42	由.開頭的、任意非負整數
	.*	由元組中、下一個元素的數值決定。 如果使用字典與字符串作格式化運算，則不能使用此項。
長度修飾符 （可選）	h	長度修飾符可以為h、l或L 設置此項僅為了和 printf 函數一致，沒有任何作用。
轉換類型 （必須）	s	這裡給出的內容決定了內容轉換為字符串的方式。

轉換類型

轉換符	含意	替代形式
d	有符號十進制整數。
i	有符號十進制整數。
o	有符號八進制數。	以0o開頭
u	過時類型 -- 等價於 d。
x	有符號十六進制數（小寫）。	以0x開頭
X	有符號十六進制數（大寫）。	以0X開頭
e	浮點指數格式（小寫）。	（無論小數點後有沒有數值） 總是包含小數點。
E	浮點指數格式（大寫）。
f	浮點十進制格式。 小數點後的數碼位數由精度決定，默認為 6。
F	浮點十進制格式。 小數點後的數碼位數由精度決定，默認為 6。
g	浮點格式。 如果指數小於 -4 或不小於精度，則等同於e， 否則，等同於f。	末尾的零不會被移除。 （無論小數點後有沒有數值） 總是包含小數點。
G	浮點格式。 如果指數小於 -4 或不小於精度，則等同於E， 否則，等同於F。
c	單個字符（接受整數或單個字符的字符串）。
r	repr() 如果指定精度，則輸出會被截短至精度
s	str() 如果指定精度，則輸出會被截短至精度
a	ascii() 如果指定精度，則輸出會被截短至精度
%	不轉換參數，在結果中輸出一個 % 字符。