Python 字符串的format用法

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更新 (2023-09-29)

利用f-string可以简化当前日期str的构造，不需要使用strftime等函数了：

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from datetime import datetime

now = datetime.now()

str1 = f'{now:%y-%m-%d-%H:%M:%S}'
str2 = '{:%y-%m-%d-%H:%M:%S}'.format(now)
print(str1)
print(str2)

输出入下:

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23-09-29-09:50:07
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1. 引入

我有一个朋友，某天突然问我：你知道下面的Python语句什么含义，结果是多少吗？

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'{:😄^+#20_x}'.format(12345)

我一看，十脸懵逼，吓得赶紧学了学Python的Format字符串的用法，总算明白了这个语句的含义。你想了解这个语句到底是什么鬼吗，欢迎跟我一起学。

2. 整体说明

Python的Format语法，可以用在两个场景：一个是{}.format中，另一个是f-string中，`f{xxx}’中，只不过后者支持外部定义的变量:

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# .format way 1
print('Hello {}!'.format('World'))

# .format way 2
print('Hello {name}!'.format(name='World'))

# f-string
name = 'World'
print(f'Hello {name}!')

为了应对更复杂的使用场景，Python设计了一套全面的语法，来涵盖所有的使用情况。具体来说，这套语法将一个Format 语句分成五部分，分别是:

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"{" [字段名称部分] ["!" 格式转换部分] [":" 格式规范部分] "}"

也就是左大括号和右大括号以及中间的核心三个部分, 其中方括号中的内容是可选的，也就是说最简单的format语法就是{}.format(‘xxx’)，会打印format后的第一个内容。

下面分开看看核心的三个部分。

3. 字段名称部分

这一部分是用来定位要进行操作的变量。大括号中的编号对应这实际传入的参数，例如:
采用关键字形式：

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'My name is {name}, I am {age} years old'.format(name='Root', age=100)
# My name is Root, I am 100 years old

这里的{name}对应format后面的关键字形式的参数name。

另一种是使用参数序号：

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'My name is {0}, I am {1} years old'.format('Root', 100)
# My name is Root, I am 100 years old

这里的{0}对应Root, {1} 对应100，如果有更多的参数的话，编号按顺序往下继续。

注意这里的{idx}在字符串中可以出现任意次，且出现的顺序是任意的：

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'{5} {5} {2}'.format('a','b','c','d','e', 'f')
# f f c

如果下标越界的话，会报错:

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'{5} {5} {2}'.format('a','b','c')
IndexError: Replacement index 5 out of range for positional args tuple

另外一个特性是，可以忽略括号中的编号，这时候就按照从0开始的顺序来读取输入：

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# 下面的命令等效于 'My name is {0}, I am {1} years old'.format('Root', 100)
'My name is {}, I am {} years old'.format('Root', 100)
# My name is Root, I am 100 years old

如果对复杂如列表或者字典，也可以使用下标或者属性来操作:

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 # 列表例子
friends = ['foo', 'bar']
'{0[0]}'.format(friends)
# 'foo'

# 字典例子
info = {'name': 'Root', 'age': 100}
'{0[name]}'.format(info)
# 'Root'

# 属性对象例子
from collections import namedtuple
Person = namedtuple('Person', ['name', 'age'])
p = Person('Root', 100)
'{0.name}'.format(p)
# 'Root
通过这些设置，能满足常见的需求。

4. 格式转换部分

这部分比较简单，在格式规范转换之前执行，通过感叹号加转换符号[r, s, a]之一，将原先的类型转换为字符串的类型，其中!a 表示对输入对象进行ascii()函数的调用，!s表示对输入对象进行str()函数的调用，而!r则调用repr()函数。

5. 格式规范部分

这部分是format格式中的大头，包含很多项设置，但都是可选的，例如上面的例子中我们都没有设置这部分。关于这部分的规范下面我们一一道来。

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format_spec     ::=  [[fill]align][sign][#][0][width][grouping_option][.precision][type]
fill            ::=  <any character>
align           ::=  "<" | ">" | "=" | "^"
sign            ::=  "+" | "-" | " "
width           ::=  digit+
grouping_option ::=  "_" | ","
precision       ::=  digit+
type            ::=  "b" | "c" | "d" | "e" | "E" | "f" | "F" | "g" | "G" | "n" | "o" | "s" | "x" | "X" | "%"

5.1 fill 和align: 填充和对齐部分

这部分包括填充和对齐，填充部分是任意的一个字符，如’+’, ‘*’, 或者😄。不设置的话，默认使用空格来填充。对齐方式包括下面四种:

  • “<”: 左对齐
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    # 以空格左对齐，长度为10位
    >>> '{0:<10}'.format(3.14)
    '3.14      '
    # 以星号左对齐，长度为10位
    >>> '{0:*<10}'.format(3.14)
    '3.14******'
  • “>”：右对齐
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    # 以空格右对齐，长度为10位
    >>> '{0:>10}'.format(3.14)
    '      3.14'
  • “=”：只对数值类型使用，表示对齐强制放到正负号和数值之间
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    # 以星号数值对齐，长度为10位
    >>> '{0:*=10}'.format(-3.14)
    '-*****3.14'
  • “^”: 居中对齐
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    >>> '{0:*^10}'.format(-3.14)
    '**-3.14***'

    5.2 sign: 符号部分

    这部分有三个选项；
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    + "+": 正负号都加符号
    >>> '{0:+} {1:+}'.format(3.14, -3.14)
    '+3.14 -3.14'
  • “-“: 只有负数前面才加符号
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    >>> '{0:-} {1:-}'.format(3.14, -3.14)
    '3.14 -3.14'
  • “ “: 正数前面加空格，负数前面加负号
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    >>> '{0: } {1: }'.format(3.14, -3.14)
    ' 3.14 -3.14'

5.3 #: 进制表示位

使用#号结合不同的进制表示符号(下面详细展开)，会在进制前面增加对应的负号，如二进制前增加0b, 八进制前增加0o, 十六进制前增加0x：

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# 二进制
>>> '{0:#b}'.format(233)
'0b11101001'
# 八进制
>>> '{0:#o}'.format(233)
'0o351'
# 十进制
>>> '{0:#d}'.format(233)
'233'
# 十六进制
>>> '{0:#x}'.format(233)
'0xe9

5.4 width: 显示的字符长度

这一部分表示显示多少位字符，包括pad的字符位。

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# 总长度为10位，不足的部分用默认的符号补齐
>>> '{0:10}'.format(233)
'       233'

5.5 grouping_option: 千位的标识符号

这部分表示千位的标识符号，有,和\_两种选择:

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>>> '{0:10,}'.format(23333333)
'23,333,333'
>>> '{0:10_}'.format(23333333)
'23_333_333'

5.6 .precision: 数值精度

这个表示浮点数的精度位数：

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>>> '{0:.3}'.format(3.14159)
'3.14'

5.7 type: 格式类型

这部分表示最终的展示类型，共有下面这些类:

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"b" | "c" | "d" | "e" | "E" | "f" | "F" | "g" | "G" | "n" | "o" | "s" | "x" | "X" | "%"

每种的解释如下:

  • “b”: 二进制表示
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    >>> "{0:b}".format(8)
    '1000
  • “c”: 只支持整数，将其转换为对应的unicode符号
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    >>> "{0:c}".format(23)
    '\x17'
  • “d”: 十进制表示 
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    >>> "{0:d}".format(8)
    '8'
  • “e”: 科学计数法，采用小写的e
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    >>> "{0:e}".format(8)
    '8.000000e+00'
  • “E”: 科学计数法，采用大写的E
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    >>> "{0:E}".format(8)
    '8.000000E+00
  • “f”: 浮点数表示
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    >>> "{0:f}".format(8)
    '8.000000'
  • “F”: 与”f”基本相同，除了将nan显示为NAN, inf显示为INF
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    >>> "{0:F}".format(8)
    '8.000000'
  • “g”: 通用数据格式
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    >>> "{0:g}".format(8)
    '8'
  • “G”: 通用数据格式
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    >>> "{0:G}".format(8)
    '8'
  • “n”: 数值格式
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    >>> "{0:n}".format(8)
    '8'
  • “o”: 八进制格式
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    >>> "{0:o}".format(8)
    '10
  • “s”: 只能对字符串使用,字符串类型，默认输出类型，可以忽略
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    >>> "{0:s}".format('www')
    'www'
    >>> "{0}".format('www')
    'www'
  • “x”: 十六进制
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    >>> "{0:#x}".format(8)
    '0x8'
  • “X”: 十六进制，符号标识采用大写的X 
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    >>> "{0:#X}".format(8)
    '0X8'
  • “%”: 只对数值类型使用，以百分比的形式显示
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    >>> "{0:%}".format(8)
    '800.000000%'
    >>> "{0:%}".format(0.001)
    '0.100000%'

6. 解答开头的神秘符号串

有了上面的知识，我们就可以解开文章开头的的神秘符号串了:

  1. 以笑脸符号作为pad的字符，且居中对齐，总长为20个符号
  2. 在正数前面增加加号
  3. 显示为16进制，并且显示前面的进制标注符号
    结果如下:
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>>>'{:😄^+#20_x}'.format(12345)
'😄😄😄😄😄😄+0x3039😄😄😄😄😄😄😄'

6. 参考

  1. https://docs.python.org/3/library/string.html