Python 零基础教程

Python 字符串

字符串用于表示文本，而处理文本的能力经常用于数据清洗、自然语言处理以及用户界面开发等任务。

本章将涵盖处理字符串的三大核心技术：拼接 (Concatenation)（将多个字符串组合）、切片 (Slicing)（提取字符串的特定部分）和格式化 (Formatting)（创建包含动态内容的字符串）。

1. 字符串拼接 (String Concatenation)

字符串拼接就是将两个或多个字符串合并成一个长字符串的过程。在 Python 中，这主要通过 + 运算符来实现。

1.1 使用 + 运算符

+ 运算符是拼接字符串最直观的方法。

# 示例 1：基础拼接
string1 = "Hello"
string2 = "World"
result = string1 + " " + string2  # 在中间加上一个空格
print(result)  # 输出: Hello World

# 示例 2：拼接不同数据类型的变量（需要类型转换）
name = "Alice"
age = 30

# 如果直接运行下面这行会报错：TypeError: can only concatenate str (not "int") to str
# message = "My name is " + name + " and I am " + age 

message = "My name is " + name + " and I am " + str(age) # 使用 str() 将整数转换为字符串
print(message)  # 输出: My name is Alice and I am 30

代码解析：

  • 在示例 1 中，我们将两个字符串变量和一个空格字面量拼接在一起，组成了一个完整的句子。
  • 在示例 2 中，展示了类型转换的重要性。Python 不会在拼接时自动将数字转换为字符串。我们必须使用 str() 函数，显式地将整数 age 转换为字符串，然后再进行拼接。

1.2 使用 += 运算符

+= 运算符提供了一种简写方式，用于将新文本追加到现有字符串的末尾。

# 示例：向现有字符串追加内容
greeting = "Hello"
greeting += " "      # 追加一个空格
greeting += "there!" # 追加 "there!"
print(greeting)      # 输出: Hello there!

代码解析：

+= 运算符直接修改了原有的字符串变量。这通常比使用 + 运算符再重新赋值（greeting = greeting + " "）要简洁得多。

1.3 使用 join() 方法进行高效拼接

当你需要拼接大量字符串时（尤其是当它们存储在列表等可迭代对象中时），使用 join() 方法不仅更优雅，而且执行效率更高。

# 示例：使用 join() 拼接字符串列表
words = ["This", "is", "a", "sentence."]
sentence = " ".join(words)  # 使用空格作为分隔符连接列表中的单词
print(sentence)  # 输出: This is a sentence.

# 示例：使用空字符串作为分隔符
characters = ['P', 'y', 't', 'h', 'o', 'n']
word = "".join(characters)
print(word) # 输出: Python

代码解析：

join() 方法是由分隔符字符串调用的，并接收一个可迭代对象（如列表）作为参数。它会将可迭代对象中的元素拼接起来，并在每个元素之间插入调用它的分隔符。

  • 第一个例子中，我们用 " " (空格) 把单词列表连成了一个句子。
  • 第二个例子中，我们用 "" (空字符串，即没有字符) 把字母列表无缝组合成了一个完整的单词。

2. 字符串切片 (String Slicing)

字符串切片允许你通过指定索引（位置）的范围，精准地提取出字符串的一部分。

2.1 基础切片语法

字符串切片的基础语法是 string[start:end:step]。

  • start (起始位置)：切片开始的索引（包含该位置的字符）。如果省略，默认从 0（字符串开头）开始。
  • end (结束位置)：切片结束的索引（不包含该位置的字符）。如果省略，默认为字符串的长度（一直提取到字符串末尾）。
  • step (步长)：提取字符时的间隔。如果省略，默认为 1（挨个提取）。
text = "Python is fun!"

# 示例 1：指定起始和结束索引
substring = text[0:6]  # 提取从索引 0 开始，到索引 6 结束（不含 6）的字符
print(substring)       # 输出: Python

# 示例 2：只指定起始索引
substring = text[7:]   # 提取从索引 7 开始，直到字符串末尾的所有字符
print(substring)       # 输出: is fun!

# 示例 3：只指定结束索引
substring = text[:6]   # 提取从字符串开头，直到索引 6（不含 6）的所有字符
print(substring)       # 输出: Python

# 示例 4：使用步长 (step)
substring = text[0:13:2] # 在索引 0 到 12 之间，每隔 2 个字符提取一个
print(substring)         # 输出: Pto sfn

# 示例 5：使用负数步长（反转字符串的神技）
reversed_text = text[::-1]  # 反转整个字符串
print(reversed_text)        # 输出: !nuf si nohtyP

2.2 负数索引 (Negative Indices)

Python 非常人性化地支持负数索引，允许你从字符串的末尾开始倒数。

  • -1 代表最后一个字符。
  • -2 代表倒数第二个字符，依此类推。
text = "Python"

# 示例：使用负数索引访问单个字符
last_character = text[-1]  # 访问最后一个字符
print(last_character)      # 输出: n

second_last = text[-2]     # 访问倒数第二个字符
print(second_last)         # 输出: o

# 示例：结合切片和负数索引
substring = text[-3:]      # 提取最后三个字符 (从倒数第三个一直到末尾)
print(substring)           # 输出: hon

substring = text[:-3]      # 提取除了最后三个字符之外的所有内容
print(substring)           # 输出: Pyt

3. 字符串格式化 (String Formatting)

字符串格式化是指将变量的值动态地插入到字符串占位符中的过程。Python 提供了多种格式化字符串的方法，其中 f-strings 是目前最现代、也是官方最推荐的写法。

3.1 F-strings (格式化字符串字面量)

F-strings 提供了一种极其简洁、易读的将表达式嵌入字符串的方法。你只需要在字符串开头的引号前加上字母 f 或 F。

# 示例 1：基础 f-string 格式化
name = "Bob"
age = 40
message = f"My name is {name} and I am {age} years old."
print(message)  # 输出: My name is Bob and I am 40 years old.

# 示例 2：在 f-string 中直接运行数学表达式
x = 10
y = 5
result = f"The sum of {x} and {y} is {x + y}."
print(result)  # 输出: The sum of 10 and 5 is 15.

# 示例 3：在 f-string 中限制小数位数
pi = 3.14159265359
formatted_pi = f"The value of pi is approximately {pi:.2f}"  # 限制为保留 2 位小数
print(formatted_pi)  # 输出: The value of pi is approximately 3.14

3.2 格式化规范 (Formatting Specifications)

通过在 {} 内添加格式化规范，你可以精准控制变量的显示外观。常见的规范包括：

  • .nf：将浮点数格式化为保留 n 位小数。
  • d：将整数格式化为十进制数字（可配合补零使用）。
  • %：将小数乘以 100 并以百分比形式显示。
  • >,<,^：用于控制文本的右对齐、左对齐和居中对齐。
# 示例 1：格式化整数 (补零)
number = 42
formatted_number = f"The number is {number:04d}"  # 补齐前导零，使其总宽度为 4 位
print(formatted_number)  # 输出: The number is 0042

# 示例 2：格式化百分比
value = 0.75
formatted_percentage = f"The value is {value:.2%}"  # 格式化为带有 2 位小数的百分比
print(formatted_percentage)  # 输出: The value is 75.00%

# 示例 3：文本对齐
text = "Hello"
aligned_text = f"{text:>10}"  # 将文本在一个宽度为 10 的字段中向右对齐
print(aligned_text)  # 输出:      Hello

3.3 .format() 方法 (传统写法)

虽然 f-strings 是首选，但在较旧的代码库中你仍会频繁看到 .format() 方法。它的功能相似，只是语法略有不同。

# 示例 1：使用 .format() 进行基础格式化
name = "Charlie"
age = 35
message = "My name is {} and I am {} years old.".format(name, age)
print(message)  # 输出: My name is Charlie and I am 35 years old.

# 示例 2：使用位置索引格式化
message = "My name is {1} and I am {0} years old.".format(age, name)
print(message)  # 输出: My name is Charlie and I am 35 years old.

# 示例 3：使用关键字参数格式化
message = "My name is {name} and I am {age} years old.".format(name="David", age=28)
print(message)  # 输出: My name is David and I am 28 years old.