Python 3 - 字符串

Python 3 - 字符串

字符串是 Python 中最基本和最常用的数据类型之一。它们表示字符序列。你可以通过将字符括在单引号 (’) 或双引号 (”) 中来创建字符串。Python 将这两种引号视为相同。将字符串赋给变量非常直接：

message = 'Hello World!'
subject = "Python Programming"

你也可以使用三引号 (''' 或 """) 来创建多行字符串或包含单引号和双引号而无需转义的字符串。

multi_line_string = '''This is a string
that spans multiple
lines.'''

quoted_string = """He said, 'Python is fun!'"""

访问字符串中的值

字符串是序列，这意味着它们的字符是有序的。你可以使用索引和切片（使用方括号 []）来访问单个字符或字符串的一部分（子字符串）。

索引从 0 开始，代表第一个字符。负数索引从末尾计数（-1 是最后一个字符）。

切片使用 [start:end] 提取字符串的一部分。start 索引是包含的，而 end 索引是排除的。省略 start 默认为开头，省略 end 默认为末尾。

#!/usr/bin/env python3

message = 'Hello World!'
subject = "Python Programming"

# 访问单个字符
print(f"message[0]: {message[0]}")       # Output: H
print(f"message[-1]: {message[-1]}")     # Output: !

# 切片以获取子字符串
print(f"subject[0:6]: {subject[0:6]}")   # Output: Python
print(f"subject[7:]: {subject[7:]}")     # Output: Programming
print(f"subject[:6]: {subject[:6]}")     # Output: Python
print(f"message[::2]: {message[::2]}")   # Output: HloWrd (every second char)

执行上面的代码会产生：

message[0]: H
message[-1]: !
subject[0:6]: Python
subject[7:]: Programming
subject[:6]: Python
message[::2]: HloWrd

更新字符串

Python 中的字符串是不可变的，这意味着你不能直接更改现有字符串（例如，你不能将新字符赋给特定索引）。要“更新”字符串，你需要创建一个基于原始字符串的新字符串，可能将其部分内容与新内容组合。

#!/usr/bin/env python3

message = 'Hello World!'
print(f"Original message: {message}")

# 通过切片和连接创建新字符串
updated_message = message[:6] + 'Python!'
print(f"Updated message: {updated_message}")

# 尝试就地修改（会引发错误）
# message[0] = 'J'  # 这行代码会引发 TypeError

执行有效代码会产生：

Original message: Hello World!
Updated message: Hello Python!

转义字符

某些字符在前面加上反斜杠 (\) 时具有特殊含义。这些被称为转义序列，允许你在字符串字面量中包含换行符、制表符或字面反斜杠和引号等字符。

常见的转义序列：

序列	含义
\	反斜杠 ()
‘	单引号 (’)
“	双引号 (”)
\n	ASCII 换行 (Newline)
\t	ASCII 横向制表符 (Horizontal Tab)
\r	ASCII 回车 (Carriage Return)
\b	ASCII 退格 (Backspace)
\f	ASCII 换页 (Formfeed)
\ooo	八进制值为 ooo 的字符
\xhh	十六进制值为 hh 的字符

示例：

print("This string contains a newline\nand a tab\t character.")
print('You can include \'single quotes\' or \"double quotes\".')
print("To print a literal backslash, use \\.")

字符串特殊运算符

字符串支持几个运算符：

运算符	描述	示例 (a = 'Hello', b = 'Python')
+	连接 - 将字符串连接在一起。	a + ' ' + b 结果为 'Hello Python'
*	重复 - 重复字符串。	a * 2 结果为 'HelloHello'
[]	索引 - 访问单个字符。	a[1] 结果为 'e'
[:]	切片 - 提取子字符串。	a[1:4] 结果为 'ell'
in	成员测试 - 检查子字符串是否存在于字符串中。	'H' in a 结果为 True
not in	成员测试 - 检查子字符串是否不存在。	'M' not in a 结果为 True

原始字符串

如果你需要阻止转义序列的解释，可以在开头的引号前加上 r 或 R 来创建一个原始字符串。这对于正则表达式或 Windows 文件路径特别有用。

# 普通字符串，其中 \n 是换行符
print('C:\some\name')

# 原始字符串，其中 \n 被视为字面字符
print(r'C:\some\name')

输出：

C:\some
ame
C:\some\name

注意：原始字符串不能以奇数个反斜杠结尾。

字符串格式化

Python 提供了几种格式化字符串的方法，可以将值嵌入其中。虽然旧的 % 运算符仍然存在（类似于 C 语言的 printf），但现代且首选的方法是 f-字符串（格式化字符串字面量）和 str.format() 方法。

f-字符串 (Formatted String Literals)

f-字符串于 Python 3.6 引入，以 f 或 F 为前缀，允许你直接在字符串字面量中使用 {} 嵌入表达式。它们简洁且通常是速度最快的方法。

#!/usr/bin/env python3

name = 'Alice'
age = 30
height = 1.68

print(f"My name is {name} and I am {age} years old.")
print(f"{name}'s height is {height:.2f} meters.") # 将 height 格式化为 2 位小数
print(f"In 5 years, {name} will be {age + 5}.")

输出：

My name is Alice and I am 30 years old.
Alice's height is 1.68 meters.
In 5 years, Alice will be 35.

str.format() 方法

format() 方法可以在字符串字面量或变量上调用。在字符串中使用占位符 {}，这些占位符将由传递给 format() 的参数填充。

#!/usr/bin/env python3

name = 'Bob'
age = 25

# 使用位置参数
print("My name is {} and I am {} years old.".format(name, age))

# 使用关键字参数
print("My name is {n} and I am {a} years old.".format(n=name, a=age))

# 使用索引参数
print("My name is {0} and I am {1} years old. {0} likes Python.".format(name, age))

输出：

My name is Bob and I am 25 years old.
My name is Bob and I am 25 years old.
My name is Bob and I am 25 years old. Bob likes Python.

f-字符串和 str.format() 都支持强大的迷你语言，用于控制对齐、填充、数字格式化等。你可以在官方 Python 文档中找到详细信息。

旧式格式化 (%)

% 运算符也可以用于格式化字符串。它使用格式说明符，如 %s（字符串）、%d（整数）和 %f（浮点数）。虽然你可能会在旧代码中遇到这种方式，但对于新代码，推荐使用 f-字符串或 str.format()，因为它们具有更好的可读性和灵活性。

#!/usr/bin/env python3

name = 'Charlie'
age = 42

print("My name is %s and weight is %d kg!" % (name, age))

输出：

My name is Charlie and weight is 42 kg!

Unicode 字符串

在 Python 3 中，所有字符串默认都是 Unicode 字符串。这意味着 Python 可以无缝处理来自不同语言和符号的各种字符。你无需执行任何特殊操作（如 Python 2 中使用的 u'' 前缀）来创建 Unicode 字符串。

#!/usr/bin/env python3

unicode_string = "你好世界"
emoji_string = "Python is fun 👍"

print(unicode_string)
print(emoji_string)

虽然字符串是 Unicode 的，但你可能需要将字符串 encode（编码）为特定的字节表示形式（如 UTF-8），以便存储到文件或通过网络发送，或者将字节串 decode（解码）回字符串。

#!/usr/bin/env python3

text = "résumé"
encoded_utf8 = text.encode('utf-8') # 编码为字节串
decoded_text = encoded_utf8.decode('utf-8') # 解码回字符串

print(f"Original: {text}")
print(f"Encoded (bytes): {encoded_utf8}")
print(f"Decoded: {decoded_text}")

常用内置字符串方法

Python 字符串自带了许多用于常见操作的内置方法。请记住，这些方法会返回新字符串，因为字符串是不可变的。

以下是一些常用的方法：

方法签名	描述
capitalize()	返回一个副本，其中第一个字符大写，其余小写。
lower()	返回一个副本，其中所有字符转换为小写。
upper()	返回一个副本，其中所有字符转换为大写。
title()	返回一个标题格式的副本（每个单词的首字母大写，其余小写）。
swapcase()	返回一个副本，其中大写字符转换为小写，小写字符转换为大写。
strip([chars])	返回一个副本，移除开头和结尾的空白字符（或指定的 chars）。
lstrip([chars])	返回一个副本，移除开头的空白字符（或指定的 chars）。
rstrip([chars])	返回一个副本，移除结尾的空白字符（或指定的 chars）。
replace(old, new[, count])	返回一个副本，将 old 子字符串的出现替换为 new。可选的 count 限制替换次数。
split([sep[, maxsplit]])	返回一个由单词/子字符串组成的列表，按指定的 sep 分隔符（默认为空白字符）进行分割。可选的 maxsplit 限制分割次数。
join(iterable)	使用字符串本身作为分隔符，将 iterable（如列表）中的元素连接成一个字符串。
find(sub[, start[, end]])	返回子字符串 sub 在切片 [start:end] 中找到的最低索引。如果未找到，返回 -1。
index(sub[, start[, end]])	类似于 find()，但如果找不到 sub，则引发 ValueError。
count(sub[, start[, end]])	返回子字符串 sub 在切片 [start:end] 中非重叠出现的次数。
startswith(prefix[, start[, end]])	如果字符串以指定的 prefix 开头，返回 True，否则返回 False。
endswith(suffix[, start[, end]])	如果字符串以指定的 suffix 结尾，返回 True，否则返回 False。
isdigit()	如果所有字符都是数字且至少有一个字符，返回 True。
isalpha()	如果所有字符都是字母且至少有一个字符，返回 True。
isalnum()	如果所有字符都是字母或数字且至少有一个字符，返回 True。
islower()	如果所有大小写字母都是小写且至少有一个大小写字母，返回 True。
isupper()	如果所有大小写字母都是大写且至少有一个大小写字母，返回 True。
isspace()	如果所有字符都是空白字符且至少有一个字符，返回 True。
istitle()	如果字符串是标题格式且至少有一个字符，返回 True。

使用示例：

#!/usr/bin/env python3

text = "  Python programming is FUN!  "

print(f"Original: '{text}'")
print(f"Stripped: '{text.strip()}'")
print(f"Lower: '{text.lower()}'")
print(f"Upper: '{text.upper()}'")
print(f"Replaced: '{text.replace('FUN', 'Awesome')}'")
print(f"Split: {text.split()}")

words = ['Python', 'is', 'cool']
separator = ' '
print(f"Joined: '{separator.join(words)}'")

print(f"Starts with '  P': {text.startswith('  P')}")
print(f"Ends with '!  ': {text.endswith('!  ')}")
print(f"Count of 'm': {text.count('m')}")
print(f"Find 'program': {text.find('program')}")