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Python F-字符串

什么是F-字符串？​

F-字符串（Format strings）是Python 3.6及以上版本引入的一种字符串格式化方法，正式名称为"格式化字符串字面值"（Formatted string literals）。F-字符串提供了一种简洁、直观的方式来在字符串中嵌入Python表达式。

通过在字符串前添加字母f或F前缀，你可以在字符串内部的花括号{}中放置Python表达式，这些表达式会在运行时被计算并转换为字符串。

基本语法​

F-字符串的基本语法如下：

f"字符串内容 {表达式} 更多字符串内容"

也可以使用单引号：

f'字符串内容 {表达式} 更多字符串内容'

F-字符串与其他格式化方法对比​

Python中存在多种字符串格式化方法，让我们看看F-字符串与它们的对比：

name = "Alice"
age = 25

# 1. % 运算符 (旧式字符串格式化)
print("My name is %s and I am %d years old." % (name, age))

# 2. str.format() 方法
print("My name is {} and I am {} years old.".format(name, age))

# 3. F-字符串
print(f"My name is {name} and I am {age} years old.")

输出（三种方法结果相同）：

My name is Alice and I am 25 years old.
提示

F-字符串通常被认为是最简洁、最直观的方法，同时执行效率也较高。

F-字符串的高级功能​

1. 在花括号中使用表达式​

F-字符串可以包含任何有效的Python表达式：

x = 10
y = 20
print(f"The sum of {x} and {y} is {x + y}")

输出：

The sum of 10 and 20 is 30

2. 调用函数​

可以在F-字符串中调用函数：

def get_greeting(name):
    return f"Hello, {name}!"

username = "Bob"
print(f"{get_greeting(username)}")

输出：

Hello, Bob!

3. 引用对象属性和方法​

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    
    def get_info(self):
        return f"{self.name} is {self.age} years old"

person = Person("Charlie", 30)
print(f"Person info: {person.get_info()}")
print(f"Name: {person.name}, Age: {person.age}")

输出：

Person info: Charlie is 30 years old
Name: Charlie, Age: 30

4. 格式化选项​

F-字符串支持与str.format()相同的格式规范：

pi = 3.14159265359
print(f"Pi rounded to 2 decimal places: {pi:.2f}")

big_number = 1000000
print(f"Using comma as thousand separator: {big_number:,}")

percentage = 0.75
print(f"As percentage: {percentage:.2%}")

输出：

Pi rounded to 2 decimal places: 3.14
Using comma as thousand separator: 1,000,000
As percentage: 75.00%

5. 对齐和填充​

for i in range(1, 11):
    print(f"{i:2d} squared is {i*i:3d}")

输出：

 1 squared is   1
 2 squared is   4
 3 squared is   9
 4 squared is  16
 5 squared is  25
 6 squared is  36
 7 squared is  49
 8 squared is  64
 9 squared is  81
10 squared is 100

6. 转义花括号​

如果需要在F-字符串中使用花括号字符，需要使用双花括号转义：

print(f"This is a literal curly brace: {{")
print(f"This is another literal curly brace: }}")

输出：

This is a literal curly brace: {
This is another literal curly brace: }

7. 多行F-字符串​

name = "David"
age = 35
occupation = "Developer"

info = (
    f"Name: {name}\n"
    f"Age: {age}\n"
    f"Occupation: {occupation}"
)

print(info)

输出：

Name: David
Age: 35
Occupation: Developer

Python 3.8+ 的调试表达式​

从Python 3.8开始，F-字符串支持=说明符，它可以显示表达式文本及其结果，这在调试时非常有用：

x = 10
y = 20
print(f"{x=}, {y=}, {x+y=}")

输出：

x=10, y=20, x+y=30

实际应用场景​

1. 数据格式化与报表生成​

def generate_invoice(items, customer_name):
    total = sum(price for item, price in items)
    invoice = f"INVOICE\nCustomer: {customer_name}\n\n"
    invoice += "Item".ljust(30) + "Price\n"
    invoice += "-" * 40 + "\n"
    
    for item, price in items:
        invoice += f"{item}".ljust(30) + f"${price:.2f}\n"
    
    invoice += "-" * 40 + "\n"
    invoice += "Total:".ljust(30) + f"${total:.2f}"
    return invoice

items = [("Laptop", 999.99), ("Mouse", 24.50), ("Keyboard", 59.95)]
print(generate_invoice(items, "John Doe"))

输出：

INVOICE
Customer: John Doe

Item                          Price
----------------------------------------
Laptop                        $999.99
Mouse                         $24.50
Keyboard                      $59.95
----------------------------------------
Total:                        $1084.44

2. 构建URL或文件路径​

def build_api_url(base_url, endpoint, params=None):
    url = f"{base_url.rstrip('/')}/{endpoint.lstrip('/')}"
    if params:
        query_string = "&".join([f"{key}={value}" for key, value in params.items()])
        url = f"{url}?{query_string}"
    return url

base = "https://api.example.com"
endpoint = "/users"
params = {"limit": 10, "offset": 20}

url = build_api_url(base, endpoint, params)
print(url)

输出：

https://api.example.com/users?limit=10&offset=20

3. 日志记录​

import time

def log_action(action, user, status):
    timestamp = time.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
    log_entry = f"[{timestamp}] {action} by {user}: {status}"
    print(log_entry)  # 在实际应用中，这里会写入日志文件
    return log_entry

log_action("Login", "user123", "Success")
log_action("Database update", "admin", "Failed")

输出（时间戳会根据当前时间变化）：

[2023-10-25 14:30:45] Login by user123: Success
[2023-10-25 14:30:45] Database update by admin: Failed

最佳实践与注意事项​

  1. 可读性优先：虽然可以在F-字符串中放置复杂表达式，但为了代码可读性，应避免过于复杂的表达式。

  2. 性能考虑：F-字符串通常比其他格式化方法更快，但仍然应注意在循环中构建大量字符串的性能影响。

  3. 版本兼容性：F-字符串需要Python 3.6+，如果需要兼容较老版本的Python，请使用其他格式化方法。

  4. 引号匹配：在F-字符串中使用引号时，需注意与字符串定界符的匹配：

# 正确
message = f"She said, \"Hello!\""
# 或者使用不同类型的引号
message = f'She said, "Hello!"'

总结​

F-字符串是Python中一种强大而直观的字符串格式化工具，它具有以下优势：

  • 语法简洁明了
  • 可以直接引用变量和表达式
  • 支持丰富的格式化选项
  • 执行效率较高
  • 特别适合需要动态生成文本内容的场景

作为Python 3.6引入的相对较新特性，F-字符串已成为Python开发者处理字符串格式化的首选方法。通过掌握F-字符串，你可以编写更简洁、更易读的代码。

练习​

  1. 使用F-字符串创建一个函数，接受姓名、年龄和职业，返回一个格式化的自我介绍。
  2. 创建一个小型表格，显示1到10的数字、它们的平方和立方，使用F-字符串确保对齐良好。
  3. 实现一个函数，接受一个产品列表（每个产品包含名称和价格），使用F-字符串生成一个格式化的购物清单，包括总价。

延伸阅读​