Python 优雅编程之 str.format()

1. str.format 的引入

在 Python 中,我们可以使用 + 来连接字符串,在简单情况下这种方式能够很好的工作。但是当我们需要进行复杂的字符串连接时,如果依然使用 + 来完成,不仅会使代码变得晦涩难懂,还会让代码变得难以维护,此时这种方式就显得力不从心了。

例如,我们想打印这样一条记录:

User:John has completed Action:payment at Time:13:30:00

如果使用加号实现,会是下面这种形式:

print "User:" + user_name + " has completed Action:" + \
            action_name + " at Time:" + current_time

如果以后回过头来阅读这段代码,我们很难直观看出它的输出格式,且修改起来也相对麻烦。

我们可以换用 % 来实现:

print "User:%s has completed Action:%s at Time:%s" % \
        (user_name, action_name, current_time)

这回代码变得清晰简洁多了。

不过,Python 为我们提供了另一种简洁优雅的实现方式,也是官方更加推荐的方式:使用 str.format() 来实现字符串的格式化:

print "User:{} has completed Action:{} at Time:{}".format(
        user_name, action_name, current_time)

str.format 既能够用于简单的场景,也能够胜任复杂的字符串替换,而无需繁琐的字符串连接操作。Python 的内置类型 strunicode 均支持使用 str.format() 来格式化字符串。

我们接下来就详细地讨论 str.format() 的具体用法。

2. str.format 基本语法

格式化字符串使用花括号 {} 来包围替换字段,也就是待替换的字符串。而未被花括号包围的字符会原封不动地出现在结果中。

2.1. 使用位置索引

以下两种写法是等价的:

"Hello, {} and {}!".format("John", "Mary")

"Hello, {0} and {1}!".format("John", "Mary")

花括号内部可以写上目标字符串的索引,也可以省略。如果省略,则按 format 括号里的目标字符串顺序依次替换。

2.2. 使用关键字索引

除了通过位置来指定目标字符串,我们还可以通过关键字来指定它。

例如:

"Hello, {boy} and {girl}!".format(boy="John", girl="Mary")

使用关键字索引的好处是,我们无需关心参数的位置,且字符串的最终结果能够一目了然。在以后的代码维护中,我们能够快速地修改对应的参数,而不用对照字符串挨个去寻找相应的参数。

注意:如果字符串本身含有花括号,则需要将其重复两次来转义。例如,字符串本身含有 {,为了让 Python 知道这是一个普通字符,而不是用于包围替换字段的花括号,我们只需将它改写成 {{ 即可。

3. str.format 高级语法

str.format 非常强大,足以完成日常工作中遇到的格式化输出。熟练掌握该方法,能够为以后的字符串处理打好基础,还能节省不少时间。

3.1. 访问参数的属性或元素

在使用 str.format 来格式化字符串时,我们通常将目标字符串作为参数传递给 format 方法。实际上,我们还可以在格式化字符串中访问参数的某个属性或某个元素:

"My car is {0.color}.".format(black_car)
"The first student is {student[0]}.".format(student=stu_list)
"John is {d[john]} years old.".format(d=age_dict)

3.2. 参数输出转换

参数的字符串输出,默认是由其自身的 __format__ 方法来实现的。也就是说,Python 使用参数的 __format__ 输出来取代替换字段。如果我们想调用 str()repr() 来转换参数,可以通过添加 转换标志 来实现:

# call str() on argument
"It's a {0!s}."

#call repr() on argument
"We can get info from {name!r}."

4. str.format 一般形式

格式化字符串的一般形式如下:

{field_name!conversion:format_spec}

从上面的代码可以看到,格式化字符串可分为 field_name、conversion、format_spec 三部分,分别对应替换字段名称(索引)、转换标志、格式描述。其中,字段名称是必选的,而后两者是可选的。转换标志紧跟在英文感叹号后面,而格式描述紧跟在英文冒号后面。

前面已经提到过,字段名称既可是位置索引,也可是关键字索引。字段名称后面可以通过点来访问属性,或通过方括号来访问元素。

在这里,我们重点看一下格式描述(format_spec)这一项。

格式描述中含有6个选项,分别是 fill、align、sign、width、precision、type。
它们的位置关系如下:

[[fill]align][sign][#][0][width][,][.precision][type]

fill
可以是任意字符,默认为空格。

align
仅当指定最小宽度时有效。

  • < 左对齐(默认选项)
  • > 右对齐
  • = 仅对数字有效;将填充字符放到符号与数字间,例如 +0001234
  • ^ 居中对齐

sign
仅对数字有效

  • + 所有数字均带有符号
  • - 仅负数带有符号(默认选项)
  • 即空格;正数前面带空格,负数前面带符号

'#'
只对整数有效

自动在二进制、八进制、十六进制数值前添加对应的 0b0o0x

','
自动在每三个数字之间添加 , 分隔符。

width
十进制数字,定义最小宽度。如果未指定,则由内容的宽度来决定。

如果没有指定对齐方式(align),那么可以在 width 前面添加一个0来实现自动填充0,等价于 fill 设为 0 并且 align 设为 =

precision
用于确定浮点数的精度,或字符串的最大长度。不可用于整型数值。

type
确定参数类型,默认为 s ,即字符串。

整数输出类型:

  • b:以二进制格式输出
  • c:将整数转换成对应的 unicode 字符
  • d:以十进制输出(默认选项)
  • o:以八进制输出
  • x:以十六进制小写输出
  • X:以十六进制大写输出
  • n:与 d 相同,但使用当前环境的分隔符来分隔每3位数字

十进制浮点数输出类型:

  • e:指数标记;使用科学计数法输出,用e来表示指数部分,默认 precision 为6
  • E:与 e 相同,但使用大写 E 来表示指数部分
  • f:以定点形式输出数值,默认 precision 为6
  • F:与 f 相同
  • g:通用格式;对于给定的 precision p >= 1,取数值的p位有效数字,并以定点或科学计数法输出(默认选项)
  • G:通用格式;与 g 相同,当数值过大时使用 E 来表示指数部分
  • n:与 g 相同,但使用当前环境的分隔符来分隔每3位数字
  • %:百分比标记;使用百分比的形式输出数值,同时设定 f 标记

5. 使用示例

数字 格式 输出 描述
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
2.71828 {:.0f} 3 不带小数
5 {:0>2d} 05 数字补零 (填充左边, 宽度为2)
5 {:x<4d} 5xxx 数字补x (填充右边, 宽度为4)
10 {:x<4d} 10xx 数字补x (填充右边, 宽度为4)
1000000 {:,} 1,000,000 以逗号分隔的数字格式
0.25 {:.2%} 25.00% 百分比格式
1000000000 {:.2e} 1.00e+09 指数记法
13 {:10d} 13 右对齐 (默认, 宽度为10)
13 {:<10d} 13 左对齐 (宽度为10)
13 {:^10d} 13 中间对齐 (宽度为10)

注:上面的例子省略了冒号 : 左侧的索引,完整形式形如 {0:.2%},表示代入第 0 个参数,省略则按顺序依次代入。

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