你所不知道的Python | 字符串格式化的演进之路

字符串格式化对于每个语言来说都是一个非常基础和常用的功能，学习Python的同学大概都知道可以用%语法来格式化字符串。然而为了让我们更方便的使用这个常用功能，语言本身也在对字符串格式化方法进行迭代。

Python 2.6以前：%操作符

在Python 2.6出现之前，字符串迭代只有一种方法，就是%（也是取模）操作符，%操作符支持unicode和str类型的Python字符串，效果和C语言中的sprintf()方法相似，下面是一个使用%格式化字符串的例子：

print("I'm %s. I'm %d year old" % ('Tom', 27))

%符号前面使用一个字符串作为模板，模板中有标记格式的占位符号，%后面是一个tuple或者dict，用来传递需要格式化的值。占位符控制着显示的格式，下面列表展示了占位符的种类：

占位符	内容
%d	十进制整数
%i	十进制整数
%o	八进制整数
%u	无符号整数
%x	无符号十六进制（小写）
%X	无符号十六进制（大写）
%e	浮点型（科学记数法，小写）
%E	浮点型（科学记数法，大写）
%f	浮点数
%F	浮点数
%g	浮点型，如果小数位数超过4位，使用科学记数法表示（小写）
%G	浮点型，如果小数位数超过4位，使用科学记数法表示（大写）
%c	单个字符
%r	字符串（调用repr()方法生成）
%s	字符串（调用str()方法生成）

除了对数据类型的指定，%操作符还支持更复杂的格式控制：

%[数据名称][对齐标志][宽度].[精度]类型

名称	内容
数据名称	数据名称用于字典赋值，如果%符号后面传递的数组就不需要填写了
对齐标志	有+、-、0、‘ ’四种，+表示显示正负数符号，-表示左对齐，空格表示在左侧填充一个空格，0表示用0填充
宽度	表示格式化后的字符串长度，位数不足用0或空格补齐
精度	小数点后的位数
类型	数据类型（参考占位符种类）

例如print('%053f' % '12.34')会输出0012.340

Python 2.6：format函数

到Python2.6时，出现了一种新的字符串格式化方式，str.format()函数，相比于%操作符，format函数使用{}和:代替了%，威力更加强大，在映射关系方面，format函数支持位置映射、关键字映射、对象属性映射、下标映射等多种方式，不仅参数可以不按顺序，也可以不用参数或者一个参数使用多次，下面通过几个例子来说明。

'{1} {0}'.format('abc', 123)  # 可以不按顺序进行位置映射，输出'123 abc'

'{} {}'.format('abc', 123)  # 可以不指定参数名称，输出'abc 123'

'{1} {0} {1}'.format('abc', 123)  # 参数可以使用多次，输出'123 abc 123'

'{name} {age}'.format(name='tom', age=27)  # 可以按关键字映射，输出'tom 27'

'{person.name} {person.age}'.format(person=person)  # 可以按对象属性映射，输出'tom 27'

'{0[1]} {0[0]}'.format(lst)  # 通过下标映射

可以看到，format函数比%操作符使用起来更加方便，不需要记住太多各种占位符代表的意义，代码可读性也更高。在复杂格式控制方面，format函数也提供了更加强大的控制方式：

[[填充字符]对齐方式][符号标志][#][宽度][,][.精度][类型]

例如：

'{:S^+#016,.2f}'.format(1234)  # 输出'SSS+1,234.00SSSS'

我们以上面的代码为例，通过表格说明一下format格式控制参数：

类型	说明	示例说明
填充字符	不填时默认用空格填充	S表示用S填充
对齐方式	^表示居中对齐、<表示左对齐、>表示右对齐	^表示居中对齐，左右位数不足部分会用填充字符填充
符号标志	+表示有符号（正数前显示+，负数前显示-），空格表示整数前加一个空格以和负数对齐	+表示正数前显示空格
#	表示是否在二进制、八进制、十六进制前显示0b、0o、0x等符号	#表示显示进制符号，由于是十进制，所以不显示
宽度	表示输出字符串的宽度	16表示字符串宽度为16，不足部分会补齐
,	表示使用,作为千位分隔符	,表示使用千位分隔符
精度	表示小数点后数字位数	.2表示精度为2为
类型	s表示字符串类型，c表示字符类型，bod分别表示二八十进制，xX表示小写和大写十六进制，eE表示小写和大写的科学记数法，f表示浮点型	f表示浮点型数字

可以看到format函数在%基础上丰富了格式控制种类，并且使输出更容易。

Python 3.6：f-string

不少使用过ES6的小伙伴会知道其中的模板字符串，采用直接在字符串中内嵌变量的方式进行字符串格式化操作，Python在3.6版本中也为我们带来了类似的功能：Formatted String Literals（字面量格式化字符串），简称f-string。

f-string就是以f''开头的字符串，类似u''和b''，字符串内容和format方法中的格式一样，但是可以直接将变量带入到字符串中，可读性进一步增加，例如：

amount = 1234
f'请转账给我{amount:,.2f}元'  # '请转账给我1,234.00元'

同时，f-string的性能是比%和format都有提升的，我们做一个简单的测试，分别使用%操作符、format和f-string将下面语句执行10000次：

'My name is %s and i'm %s years old.' % (name, age)
'My name is {} and i'm {} years old.'.format(name, age)
f'My name is {name} and i'm {age} years old.'

用时结果如下：

总结

如果你的项目使用的Python版本已经提升到3.6，f-string格式化是首选方式，不仅在保持功能强大的同时语义上更容易理解，而且性能也有较大的提升。如果项目还没有提升到3.6或者使用的2.7，更建议使用format，虽然性能上没有优势，但是语义上还是比%操作符更加便于理解的，功能也更加强大。

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