Python 3的f-Strings：增強的字符串格式語法（指南）

最近我在寫一個視頻網站的爬蟲，項目已經完成，中間有不少需要總結的經驗。

從Python 3.6開始，f-Strings是格式化字符串的一種很棒的新方法。與其他格式化方式相比，它們不僅更具可讀性，更簡潔且不易出錯，而且速度更快！

Python中的“老式”字符串格式化

在Python 3.6之前，你有兩種主要的方式，將Python表達式嵌入到字符串文字中進行格式化：％-formatting和str.format()。本文將首先介紹如何使用它們以及它們的局限性。

選項#1：%-formatting

這是Python格式化的OG，從一開始就存在於語言中。你可以在Python文檔中閱讀更多內容。請記住，文檔不建議使用％格式，其中包含以下注意事項：

“這里描述的格式化操作表現出各種古怪問題，導致許多錯誤（例如未能正確顯示元組和字典）。

使用較新的格式化字符串文字或str.format()方法有助於避免這些錯誤。這些替代方案還提供了更強大，靈活和可擴展的文本格式設置方法。”

如何使用 %-formatting

字符串對象具有使用該%運算符的內置操作，可用於格式化字符串。這是實際的情況：

>>> name = "Eric"
>>> "Hello, %s." % name
'Hello, Eric.'

為了插入多個變量，你必須使用這些變量的元組。這是你要執行的操作：

>>> name = "Eric"
>>> age = 74
>>> "Hello, %s. You are %s." % (name, age)
'Hello Eric. You are 74.'

為什么%-formatting不好

上面看到的代碼示例具有足夠的可讀性。但是，一旦開始使用多個參數和更長的字符串，你的代碼將很快變得不那么易讀。看起來有些混亂：

>>> first_name = "Eric"
>>> last_name = "Idle"
>>> age = 74
>>> profession = "comedian"
>>> affiliation = "Monty Python"
>>> "Hello, %s %s. You are %s. You are a %s. You were a member of %s." % (first_name, last_name, age, profession, affiliation)
'Hello, Eric Idle. You are 74. You are a comedian. You were a member of Monty Python.'

這種格式不是很好，因為它很冗長並且會導致錯誤，例如不能正確顯示元組或字典。

選項#2：str.format()

Python 2.6中引入了這種完成工作的新方法。你可以查看《 Python字符串格式新手指南》以獲取更多信息。

如何使用str.format()

str.format() 是對 %-formatting 的改進。它使用正常的函數調用語法，並且可以通過 format() 方法對被轉換為字符串的對象進行擴展。

使用str.format()，替換字段用花括號標記：

>>> "Hello, {}. You are {}.".format(name, age)
'Hello, Eric. You are 74.'

你可以通過引用變量的索引以任何順序引用它們：

>>> "Hello, {1}. You are {0}.".format(age, name)
'Hello, Eric. You are 74.'

但是，如果你插入變量名，則會獲得以下額外的好處：能夠傳遞對象，然后在花括號之間引用參數和方法：

>>> person = {'name': 'Eric', 'age': 74}
>>> "Hello, {name}. You are {age}.".format(name=person['name'], age=person['age'])
'Hello, Eric. You are 74.'

你也可以使用**字典來完成這個巧妙的技巧：

>>> person = {'name': 'Eric', 'age': 74}
>>> "Hello, {name}. You are {age}.".format(**person)
'Hello, Eric. You are 74.'

str.format() 與％格式相比絕對是一個升級。

為什么 str.format() 不好

使用str.format()代碼比使用 %-formatting 的代碼更容易閱讀，但是str.format()當你處理多個參數和更長的字符串時，代碼仍然很冗長。看看這個：

>>> first_name = "Eric"
>>> last_name = "Idle"
>>> age = 74
>>> profession = "comedian"
>>> affiliation = "Monty Python"
>>> print(("Hello, {first_name} {last_name}. You are {age}. " + 
>>>        "You are a {profession}. You were a member of {affiliation}.") \
>>>        .format(first_name=first_name, last_name=last_name, age=age, \
>>>                profession=profession, affiliation=affiliation))
'Hello, Eric Idle. You are 74. You are a comedian. You were a member of Monty Python.'

如果你要.format()在字典中傳遞變量，則可以將其解壓縮.format(**some_dict)並按字符串中的鍵引用值，但是必須有一種更好的方法來執行此操作。

f-Strings表達式：Python中一種增強的格式化字符串的新方法

f-Strings 表達式使格式化更容易。他們加入了Python 3.6。你可以在2015年8月由Eric V.Smith撰寫的PEP 498中閱讀全部內容。

f-Strings 也稱為“格式化的字符串文字”，是一種字符串文字，其開頭是 f，后面是大括號，其中包含將被替換為其值的表達式。這些表達式在運行時被評估，然后使用 "format" 協議進行格式化。當你想了解更多信息時，Python文檔是你的朋友。

下面是一些 f-strings 可以讓你的生活更輕松的方法。

簡單語法

看看這是多么容易閱讀：

>>> name = "Eric"
>>> age = 74
>>> f"Hello, {name}. You are {age}."
'Hello, Eric. You are 74.'

使用大寫字母也是有效的F：

>>> F"Hello, {name}. You are {age}."
'Hello, Eric. You are 74.'

任意表達

因為 f-strings 在運行時被評估，所以您可以在其中放入任何和所有有效的 Python 表達式。

你可以做一些非常簡單的事情，例如：

>>> f"{2 * 37}"
'74'

但是你也可以調用函數。這是一個例子：

>>> def to_lowercase(input):
...     return input.lower()

>>> name = "Eric Idle"
>>> f"{to_lowercase(name)} is funny."
'eric idle is funny.'

你還可以選擇直接調用方法：

>>> f"{name.lower()} is funny."
'eric idle is funny.'

你甚至可以使用從帶有f-strings的類創建的對象：

class Comedian:
    def __init__(self, first_name, last_name, age):
        self.first_name = first_name
        self.last_name = last_name
        self.age = age

    def __str__(self):
        return f"{self.first_name} {self.last_name} is {self.age}."

    def __repr__(self):
        return f"{self.first_name} {self.last_name} is {self.age}. Surprise!"

你執行以下操作：

>>> new_comedian = Comedian("Eric", "Idle", "74")
>>> f"{new_comedian}"
'Eric Idle is 74.'

該__str__()和__repr__()方法處理對象是如何呈現為字符串，所以你需要確保你包括你的類定義這些方法的至少一個。如果你必須選擇一個，請繼續使用，__repr__()因為它可以代替使用__str__()。

返回的__str__()字符串是對象的非正式字符串表示形式。返回的字符串__repr__()是正式表示形式，應明確。調用str()和repr()比直接使用__str__()和更可取__repr__()。

默認情況下，f字符串將使用__str__()，但是如果你加入轉換標志 !r，你可以確保它們使用__repr__()：

>>> f"{new_comedian}"
'Eric Idle is 74.'
>>> f"{new_comedian!r}"
'Eric Idle is 74. Surprise!'

如果你想閱讀一些導致 f-Strings 支持完整Python表達式的對話，則可以在此處進行。

多行f-Strings

你可以使用多行字符串：

>>> name = "Eric"
>>> profession = "comedian"
>>> affiliation = "Monty Python"
>>> message = (
...     f"Hi {name}. "
...     f"You are a {profession}. "
...     f"You were in {affiliation}."
... )
>>> message
'Hi Eric. You are a comedian. You were in Monty Python.'

但是請記住，你需要在多行字符串的每一行前面放一個f。以下代碼不起作用：

>>> message = (
...     f"Hi {name}. "
...     "You are a {profession}. "
...     "You were in {affiliation}."
... )
>>> message
'Hi Eric. You are a {profession}. You were in {affiliation}.'

如果你沒有f在每行的前面都放一個，那么你將只有規則的，古老的，花園風格的琴弦，而不是閃亮的，新穎的，奇特的f琴弦。

如果你想將字符串分布在多行中，則還可以選擇使用-轉義字符 \：

>>> message = f"Hi {name}. " \
...           f"You are a {profession}. " \
...           f"You were in {affiliation}."
...
>>> message
'Hi Eric. You are a comedian. You were in Monty Python.'

但是，如果使用以下方法，將會發生以下情況"""：

>>> message = f"""
...     Hi {name}. 
...     You are a {profession}. 
...     You were in {affiliation}.
... """
...
>>> message
'\n    Hi Eric.\n    You are a comedian.\n    You were in Monty Python.\n'

閱讀PEP 8中的縮進准則。

速度

f-Strings 比 %-formatting 和 str.format() 都要快。如你所見，f-Strings 是在運行時求值的表達式，而不是常量值。以下摘自文檔：

“f-Strings 提供了一種使用最小語法在字符串文字中嵌入表達式的方法。應當注意，f-Strings 實際上是在運行時評估的表達式，而不是常數。在Python源代碼中，f-Strings 是文字字符串，前綴為f，其中花括號內包含表達式。這些表達式將替換為其值。” （來源）

在運行時，大括號內的表達式在其自己的范圍內求值，然后與 f-Strings 的字符串文字部分放在一起。然后返回結果字符串。這就是全部。

這是速度比較：

>>> import timeit
>>> timeit.timeit("""name = "Eric"
... age = 74
... '%s is %s.' % (name, age)""", number = 10000)
0.003324444866599663

>>> timeit.timeit("""name = "Eric"
... age = 74
... '{} is {}.'.format(name, age)""", number = 10000)
0.004242089427570761

>>> timeit.timeit("""name = "Eric"
... age = 74
... f'{name} is {age}.'""", number = 10000)
0.0024820892040722242

如你所見，f-Strings 最快。

但是，情況並非總是如此。首次實施時，它們存在一些速度問題，需要使其速度比更快str.format()。引入了特殊的BUILD_STRING操作碼。

Python f-Strings：細節

既然你已經了解了為什么 f-Strings 很棒，我相信你一定要開始使用 f-Strings 。當你冒險進入這個勇敢的新世界時，請牢記以下一些細節。

引號

你可以在表達式內使用各種類型的引號。只要確保你沒有在表達式中使用與 f-Strings 相同的引號即可。

該代碼將起作用：

>>> f"{'Eric Idle'}"
'Eric Idle'

該代碼也將起作用：

>>> f'{"Eric Idle"}'
'Eric Idle'

你還可以使用三引號：

>>> f"""Eric Idle"""
'Eric Idle'

>>> f'''Eric Idle'''
'Eric Idle'

如果發現需要在字符串的內部和外部使用相同類型的引號，則可以使用 \ 命令進行轉義：

>>> f"The \"comedian\" is {name}, aged {age}."
'The "comedian" is Eric Idle, aged 74.'

字典

說到引號，使用字典時要當心。如果要對字典的鍵使用單引號，請記住確保對包含鍵的 f-Strings 使用雙引號。

這將起作用：

>>> comedian = {'name': 'Eric Idle', 'age': 74}
>>> f"The comedian is {comedian['name']}, aged {comedian['age']}."
The comedian is Eric Idle, aged 74.

但這是一個語法錯誤的情況：

>>> comedian = {'name': 'Eric Idle', 'age': 74}
>>> f'The comedian is {comedian['name']}, aged {comedian['age']}.'
  File "<stdin>", line 1
    f'The comedian is {comedian['name']}, aged {comedian['age']}.'
                                    ^
SyntaxError: invalid syntax

如果在字典鍵周圍使用與在f字符串外部相同的引號類型，則第一個字典鍵開頭的引號將被解釋為字符串的結尾。

大括號

為了使大括號出現在字符串中，必須使用雙大括號：

>>> f"{{70 + 4}}"
'{70 + 4}'

請注意，使用三重花括號將導致字符串中只有一個大括號：

>>> f"{{{70 + 4}}}"
'{74}'

但是，如果使用的括號多於三個，則可以顯示更多的括號：

>>> f"{{{{70 + 4}}}}"
'{{70 + 4}}'

反斜杠

如前所述，你可以在f-string的字符串部分使用反斜杠轉義。但是，你不能在f-string的表達式部分使用反斜杠轉義：

>>> f"{\"Eric Idle\"}"
  File "<stdin>", line 1
    f"{\"Eric Idle\"}"
                      ^
SyntaxError: f-string expression part cannot include a backslash

你可以通過預先計算表達式並在f字符串中使用結果來解決此問題：

>>> name = "Eric Idle"
>>> f"{name}"
'Eric Idle'

內部注釋

表達式中不應包含使用該 # 符號的注釋。下面代碼，你會看到語法錯誤：

>>> f"Eric is {2 * 37 #Oh my!}."
  File "<stdin>", line 1
    f"Eric is {2 * 37 #Oh my!}."
                                ^
SyntaxError: f-string expression part cannot include '#'

總結

字符串格式化方法在很多項目里面都能用到，實用價值很高。

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本文為“一個火星程序員”原創文章，轉載請標明出處