豌豆花下猫作者

详解Python拼接字符串的七种方式

忘了在哪看到一位编程大牛调侃,他说程序员每天就做两件事,其中之一就是处理字符串。相信不少同学会有同感。

几乎任何一种编程语言,都把字符串列为最基础和不可或缺的数据类型。而拼接字符串是必备的一种技能。今天,我跟大家一起来学习Python拼接字符串的七种方式。

1、来自C语言的%方式

print('%s %s' % ('Hello', 'world'))
>>> Hello world

%号格式化字符串的方式继承自古老的C语言,这在很多编程语言都有类似的实现。上例的%s是一个占位符,它仅代表一段字符串,并不是拼接的实际内容。实际的拼接内容在一个单独的%号后面,放在一个元组里。

类似的占位符还有:%d(代表一个整数)、%f(代表一个浮点数)、%x(代表一个16进制数),等等。%占位符既是这种拼接方式的特点,同时也是其限制,因为每种占位符都有特定意义,实际使用起来太麻烦了。

2、format()拼接方式

# 简洁版
s1 = 'Hello {}! My name is {}.'.format('World', 'Python猫')
print(s1)
>>>Hello World! My name is Python猫.

# 对号入座版
s2 = 'Hello {0}! My name is {1}.'.format('World', 'Python猫')
s3 = 'Hello {name1}! My name is {name2}.'.format(name1='World', name2='Python猫')
print(s2)
>>>Hello World! My name is Python猫.
print(s3)
>>>Hello World! My name is Python猫.

这种方式使用花括号{}做占位符,在format方法中再转入实际的拼接值。容易看出,它实际上是对%号拼接方式的改进。这种方式在Python2.6中开始引入。

上例中,简洁版的花括号中无内容,缺点是容易弄错次序。对号入座版主要有两种,一种传入序列号,一种则使用key-value的方式。实战中,我们更推荐后一种,既不会数错次序,又更直观可读。

3、() 类似元组方式

s_tuple = ('Hello', ' ', 'world')
s_like_tuple = ('Hello' ' ' 'world')

print(s_tuple) 
>>>('Hello', ' ', 'world')
print(s_like_tuple) 
>>>Hello world

type(s_like_tuple) >>>str

注意,上例中s_like_tuple并不是一个元组,因为元素间没有逗号分隔符,这些元素间可以用空格间隔,也可以不要空格。使用type()查看,发现它就是一个str类型。我没查到这是啥原因,猜测或许()括号中的内容是被Python优化处理了。

这种方式看起来很快捷,但是,括号()内要求元素是真实字符串,不能混用变量,所以不够灵活。

# 多元素时,不支持有变量
str_1 = 'Hello'
str_2 = (str_1 'world')
>>> SyntaxError: invalid syntax
str_3 = (str_1 str_1)
>>> SyntaxError: invalid syntax
# 但是下面写法不会报错
str_4 = (str_1)

4、面向对象模板拼接

from string import Template
s = Template('${s1} ${s2}!') 
print(s.safe_substitute(s1='Hello',s2='world')) 
>>> Hello world!

说实话,我不喜欢这种实现方式。浓浓的一股被面向对象思想毒害的臭味。

就不多说了。

5、常用的+号方式

str_1 = 'Hello world! ' 
str_2 = 'My name is Python猫.'
print(str_1 + str_2)
>>>Hello world! My name is Python猫.
print(str_1)
>>>Hello world! 

这种方式最常用、直观、易懂,是入门级的实现方式。但是,它也存在两处让人容易犯错的地方。

首先,新入门编程的同学容易犯错,他们不知道字符串是不可变类型,新的字符串会独占一块新的内存,而原来的字符串保持不变。上例中,拼接前有两段字符串,拼接后实际有三段字符串。

其次,一些有经验的老程序员也容易犯错,他们以为当拼接次数不超过3时,使用+号连接符就会比其它方式快(ps:不少Python教程都是如此建议),但这没有任何合理根据。

事实上,在拼接短的字面值时,由于CPython中的 常数折叠 (constant folding)功能,这些字面值会被转换成更短的形式,例如'a'+'b'+'c' 被转换成'abc','hello'+'world'也会被转换成'hello world'。这种转换是在编译期完成的,而到了运行期时就不会再发生任何拼接操作,因此会加快整体计算的速度。

常数折叠优化有一个限度,它要求拼接结果的长度不超过20。所以,当拼接的最终字符串长度不超过20时,+号操作符的方式,会比后面提到的join等方式快得多,这与+号的使用次数无关。

题外话:你是否觉得20这个数字很熟悉呢?没错,我们之前在《Python中的“特权种族”是什么?》中提到过,字符串类的特权种族也是以20为限。当时也有一个例子,展示了编译期和运行期的区别,建议你去回看。

6、join()拼接方式

str_list = ['Hello', 'world']
str_join1 = ' '.join(str_list)
str_join2 = '-'.join(str_list)
print(str_join1) >>>Hello world
print(str_join2) >>>Hello-world

str对象自带的join()方法,接受一个序列参数,可以实现拼接。拼接时,元素若不是字符串,需要先转换一下。可以看出,这种方法比较适用于连接序列对象中(例如列表)的元素,并设置统一的间隔符。

当拼接长度超过20时,这种方式基本上是首选。不过,它的缺点就是,不适合进行零散片段的、不处于序列集合的元素拼接。

7、f-string方式

name = 'world'
myname = 'python_cat'
words = f'Hello {name}. My name is {myname}.'
print(words)
>>> Hello world. My name is python_cat.

f-string方式出自PEP 498(Literal String Interpolation,字面字符串插值),从Python3.6版本引入。其特点是在字符串前加 f 标识,字符串中间则用花括号{}包裹其它字符串变量。

这种方式在可读性上秒杀format()方式,处理长字符串的拼接时,速度与join()方法相当。

尽管如此,这种方式与其它某些编程语言相比,还是欠优雅,因为它引入了一个 f 标识。而其它某些程序语言可以更简练,比如shell:

name="world"
myname="python_cat"
words="Hello ${name}. My name is ${myname}."
echo $words
>>>Hello world. My name is python_cat.

总结一下,我们前面说的“字符串拼接”,其实是从结果上理解。若从实现原理上划分的话,我们可以将这些方法划分出三种类型:

格式化类:%、format()、template

拼接类:+、()、join()

插值类:f-string

当要处理字符串列表等序列结构时,采用join()方式;拼接长度不超过20时,选用+号操作符方式;长度超过20的情况,高版本选用f-string,低版本时看情况使用format()或join()方式。

One more thing:

你以为这就要结束了?

图样!这不是我的风格!

我的风格是发散思考、系统思考、以及追求编程哲学的思考。

最近,我在读《黑客与画家》,保罗•格雷厄姆在书中提出了这个问题:

从语义上看,字符串或多或少可以理解成列表的一个子集,其中的每一个元素都是字符。那么,为什么还需要把字符串单列为一种数据结构呢?

作者认为“编程语言设置字符串似乎就是一个过早优化的例子”,这个观点令我大为震撼!前文提到的七种拼接字符串的方法瞬间变成纸,薄得似乎一触就破。

但是,作者认为这还不够,他还有更惊人想法:

还有比这更惊人的预言。在逻辑上其实不需要对整数设置单独的表示法,因为可以把它们也看作列表,整数n可以用一个n元素的列表表示。… 编程语言会发展到放弃基本数据类型之一的整数这一步吗?

不知道你读完这段话,有何感想。我在阅读时,虽然有上下文语境的铺垫,还是惊叹不已。

在此,先行预告一下:下期荐书系列的书目是《黑客与画家》,到时候,还会有幸运抽奖,送出一本《黑客与画家》,敬请留意。

附几个相关PEP链接:

https://www.python.org/dev/peps/pep-0215/

https://www.python.org/dev/peps/pep-0292/

https://www.python.org/dev/peps/pep-3101/

https://www.python.org/dev/peps/pep-0498/

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