Python基础：字符串（String）详解

1. 字符串定义

在Python中，字符串是一种数据类型，用于表示文本数据。字符串是由字符组成的序列，可以包含字母、数字、符号和空格等字符。在Python中，你可以使用单引号（'）或双引号（"）来定义字符串。

1）使用单引号或双引号创建字符串

str1 = 'Hello, world!'
str2 = "Python Programming"

2) 使用三引号创建多行字符串

multiline_str = '''This is a
multi-line
string.'''

2.访问字符串中的值

Python不支持单字符类型，单字符在Python中也是作为一个字符串使用。

Python中使用索引来访问字符串，可以使用方括号[]（切片）来截取字符串。字符串是一个字符序列，每个字符都有与之关联的索引。

字符串的截取的语法格式如下：

# 索引值以0为开始值，-1为从末尾的开始位置
变量[头下标:尾下标]

示例：

# 创建一个字符串
my_string = "Hello, World!"

# 访问单个字符
first_char = my_string[0] #获取第一个字符，索引为0
second_char = my_string[1] # 获取第二个字符，索引为1

# 使用负数索引从末尾开始访问字符
last_char = my_string[-1]  # 获取最后一个字符
second_last_char = my_string[-2]  # 获取倒数第二个字符

# 切片（获取子串）
substring = my_string[7:12]  # 获取索引7到11的子串，不包括索引12

# 通过切片获取从开始到指定位置的子串
prefix = my_string[:5]  # 获取从开头到索引4的子串

# 通过切片获取从指定位置到末尾的子串
suffix = my_string[7:]  # 获取从索引7到末尾的子串

# 打印结果
print(first_char)         # 输出：H
print(last_char)          # 输出：!
print(substring)          # 输出：World
print(prefix)             # 输出：Hello
print(suffix)             # 输出：World!

3. 字符串更新

在Python中，字符串是不可变（immutable）的，这意味着一旦创建，就不能直接修改字符串的内容，但可以通过创建一个新的字符串来实现修改的效果。

3.1 切片和拼接

# 尝试修改字符串中的某个字符（这会引发错误）
# my_string[0] = 'h'  # TypeError: 'str' object does not support item assignment

# 创建一个新字符串，实现修改的效果
new_string = 'h' + my_string[1:]
print(new_string)  # 输出：hello, World!

# 切片和拼接
my_string = "Python"
updated_string = my_string[:4] + "ic" + my_string[5:]
print(updated_string)  # 输出：Pythonic

3.2 使用str.join()方法

words = ["Hello", "World"]
result = " ".join(words)
print(result)  # 输出：Hello World

3.3 格式化字符串

name = "Alice"
age = 30
formatted_str = "My name is {} and I am {} years old.".format(name, age)
print(formatted_str)
# 输出：My name is Alice and I am 30 years old.

3.4 使用f-字符串（Python3.6版本以上）

name = "Bob"
age = 25
formatted_str = f"My name is {name} and I am {age} years old."
print(formatted_str)
# 输出：My name is Bob and I am 25 years old.

这些方法中的每一个都会创建一个新的字符串，而不是在原始字符串上直接修改。在实际编程中，选择哪种方式取决于具体的项目需求。如果需要频繁修改字符串，可能需要考虑使用列表（list）或其他可变对象。

4. 转义字符

在Python字符串中，转义字符用于表示一些特殊字符或执行特定的操作。转义字符以反斜杠\ 开始，后面跟着一个或多个字符。

print('\'Hello, world!\'')  # 输出：'Hello, world!'

print("Hello, world!\nHow are you?")  # 输出：Hello, world!
                                        #       How are you?

print("Hello, world!\tHow are you?")  # 输出：Hello, world!    How are you?

print("Hello,\b world!")  # 输出：Hello world!

print("Hello,\f world!")  # 输出：
                           # Hello,
                           #  world!

print("A 对应的 ASCII 值为：", ord('A'))  # 输出：A 对应的 ASCII 值为： 65

print("\x41 为 A 的 ASCII 代码")  # 输出：A 为 A 的 ASCII 代码

decimal_number = 42
binary_number = bin(decimal_number)  # 十进制转换为二进制
print('转换为二进制:', binary_number)  # 转换为二进制: 0b101010

octal_number = oct(decimal_number)  # 十进制转换为八进制
print('转换为八进制:', octal_number)  # 转换为八进制: 0o52

hexadecimal_number = hex(decimal_number)  # 十进制转换为十六进制
print('转换为十六进制:', hexadecimal_number) # 转换为十六进制: 0x2a

5. 字符串格式化

详见前面的博客文章：

Python基础：输入输出详解-输出字符串格式化

6. 字符串内建函数

Python中提供了很多内置方法，用于字符串的各种操作，包括大小写转换、查找、替换等等，具体使用根据需要选择。

6.1 内置函数列表

方法	描述
capitalize()	返回原字符串的一个副本，将字符串的第一个字符转换为大写，其余字符转换为小写。
casefold()	返回原字符串的一个副本，将字符串中所有字符转换为小写，并且处理更多的特殊字符，使其更适合进行字符串比较。
center(width)	返回原字符串的一个副本，居中对齐，使用空格填充至指定的宽度。
count(sub[, start[, end]])	返回子字符串在字符串中出现的次数。可选参数 start 和 end 指定搜索范围。
encode(encoding='utf-8', errors='strict')	返回字符串的编码版本。可选参数 encoding 指定编码方式，默认为 'utf-8'。
endswith(suffix[, start[, end]])	检查字符串是否以指定后缀结束，返回 True 或 False。可选参数 start 和 end 指定搜索范围。
expandtabs(tabsize=8)	返回字符串的副本，其中的制表符（\t）将被空格替代，每个制表符替代为 tabsize 指定的空格数。
find(sub[, start[, end]])	返回子字符串在字符串中第一次出现的位置，找不到返回 -1。可选参数 start 和 end 指定搜索范围。
format(*args, **kwargs)	格式化字符串，使用传递的参数替换占位符。
format_map(mapping)	格式化字符串，使用映射对象中的键值对替换占位符。
index(sub[, start[, end]])	查找子字符串在字符串中第一次出现的位置，找不到会引发 ValueError。可选参数 start 和 end 指定搜索范围。
isalnum()	如果字符串至少有一个字符并且所有字符都是字母或数字则返回 True，否则返回 False。
isalpha()	如果字符串至少有一个字符并且所有字符都是字母则返回 True，否则返回 False
isdigit()	如果字符串只包含数字则返回 True，否则返回 False。
isidentifier()	如果字符串是一个合法的Python标识符则返回 True，否则返回 False。
islower()	如果字符串中至少包含一个区分大小写的字符，并且所有这些(区分大小写)字符都是小写，则返回 True；否则返回 False。
isnumeric()	如果字符串中的所有字符都是数字字符，则返回 True，否则返回 False。
isprintable()	如果字符串中的所有字符都是可打印的，则返回 True，否则返回 False。
isspace()	如果字符串只包含空格则返回 True，否则返回 False。
istitle()	如果字符串是标题化的(每个单词的第一个字母大写)，则返回 True，否则返回 False。
isupper()	如果字符串中至少包含一个区分大小写的字符，并且所有这些(区分大小写)字符都是大写，则返回 True；否则返回 False。
join(iterable)	返回一个由可迭代对象中的字符串拼接而成的字符串。
ljust(width)	返回原字符串的一个副本，左对齐，并使用空格填充至指定长度。
lower()	返回字符串的一个副本，将所有大写字母转换为小写。
lstrip([chars])	返回原字符串的一个副本，去除左侧指定字符集合 chars 或空白字符。
partition(sep)	根据分隔符 sep 将字符串分割成三部分，返回一个包含头部、分隔符和尾部的元组。
replace(old, new[, count])	返回原字符串的一个副本，将所有出现的子字符串 old 替换为 new。可选参数 count 指定替换次数。
rfind(sub[, start[, end]])	类似于 find() 方法，但是从右边开始查找。可选参数 start 和 end 指定搜索范围。
rindex(sub[, start[, end]])	类似于 index() 方法，但是从右边开始查找。可选参数 start 和 end 指定搜索范围。
rjust(width)	返回原字符串的一个副本，右对齐，并使用空格填充至指定长度。
rpartition(sep)	根据分隔符 sep 将字符串从右边开始分割成三部分，返回一个包含头部、分隔符和尾部的元组。
rstrip([chars])	返回原字符串的一个副本，去除右侧指定字符集合 chars 或空白字符。
split([sep[, maxsplit]])	返回一个由分隔符 sep 拆分原字符串的列表。可选参数 maxsplit 指定拆分次数。
splitlines([keepends])	返回一个包含字符串中的各行作为元素的列表，可选参数 keepends 指定是否保留换行符。
startswith(prefix[, start[, end]])	检查字符串是否以指定前缀开头，返回 True 或 False。可选参数 start 和 end 指定搜索范围。
strip([chars])	返回原字符串的一个副本，去除两侧指定字符集合 chars 或空白字符。
swapcase()	回原字符串的一个副本，将所有大写字母转换为小写，所有小写字母转换为大写。
title()	返回原字符串的一个副本，将每个单词的首字母大写。
upper()	返回字符串的一个副本，将所有小写字母转换为大写。
zfill(width)	返回原字符串的一个副本，在左侧使用零填充至指定的宽度。

6.2 部分方法示例

6.2.1 capitalize() - 将字符串的第一个字符转换为大写

original_string = "hello world"
capitalized_string = original_string.capitalize()
"""
将字符串的第一个字符转换为大写。在这个例子中，原始字符串是 "hello world"，
经过 capitalize() 处理后，结果字符串是 "Hello world"。
"""
print(capitalized_string)

6.2.2 lower() - 将字符串中的所有字符转换为小写

original_string = "Hello World"
lowercased_string = original_string.lower()
"""
将字符串中的所有字符转换为小写。在这个例子中，原始字符串是 "Hello World"，
经过 lower() 处理后，结果字符串是 "hello world"。
"""
print(lowercased_string)

6.2.3 upper() - 将字符串中的所有字符转换为大写

original_string = "Hello World"
uppercased_string = original_string.upper()
"""
将字符串中的所有字符转换为大写。在这个例子中，原始字符串是 "Hello World"，
经过 upper() 处理后，结果字符串是 "HELLO WORLD"。
"""
print(uppercased_string)

6.2.4 replace() - 替换字符串中的子字符串

original_string = "I like apples"
new_string = original_string.replace("apples", "oranges")
"""
替换字符串中的子字符串。在这个例子中，原始字符串是 "I like apples"，
经过 replace() 处理后，结果字符串是 "I like oranges"。
"""
print(new_string)

6.2.5 startswith() - 检查字符串是否以指定前缀开头

original_string = "Hello World"
starts_with_hello = original_string.startswith("Hello")
"""
检查字符串是否以指定前缀开头。在这个例子中，原始字符串是 "Hello World"，
经过 startswith() 处理后，starts_with_hello 的值为 True。
"""
print(starts_with_hello)

6.2.6 endswith() - 检查字符串是否以指定后缀结束

original_string = "Hello World"
ends_with_world = original_string.endswith("World")
"""
检查字符串是否以指定后缀结束。在这个例子中，原始字符串是 "Hello World"，
经过 endswith() 处理后，ends_with_world 的值为 True。
"""
print(ends_with_world)

6.2.7 split() - 使用指定的分隔符将字符串拆分为子字符串

original_string = "apple,orange,banana"
fruits_list = original_string.split(",")
"""
使用指定的分隔符将字符串拆分为子字符串。在这个例子中，原始字符串是 "apple,orange,banana"，
经过 split() 处理后，fruits_list 的值为 ['apple', 'orange', 'banana']。
"""
print(fruits_list)

6.2.8 strip() - 去除字符串两侧的空白字符

original_string = "   Hello World   "
stripped_string = original_string.strip()
"""
去除字符串两侧的空白字符。在这个例子中，原始字符串是 "   Hello World   "，
经过 strip() 处理后，结果字符串是 "Hello World"。
"""
print(stripped_string)

7.注意事项

使用字符串时，要考虑字符串的不可变性、字符编码、转义字符、格式化、连接方式等方面的问题，以确保代码的可靠性和性能。

1. 字符串是不可变的

   在Python中，字符串是不可变的，这意味着一旦创建，就无法更改其内容。任何对字符串的操作都会创建一个新的字符串。如果需要对字符串进行频繁的修改，可能需要考虑使用其他可变类型，如列表。

2. 编码和解码

   字符串是以特定的字符编码方式存储的。在处理文件、网络通信等情况时，确保正确地进行编码和解码操作是重要的。常见的字符编码包括UTF-8、UTF-16等。

3. 转义字符

   在字符串中使用转义字符来表示特殊字符，例如换行符\n、制表符\t等。了解并正确使用转义字符可以避免意外的问题。

4. 字符串格式化

   使用适当的方式进行字符串格式化，例如使用% 操作符、format() 方法或者 f-strings（Python 3.6及以上版本）。这有助于代码的可读性和维护性。

5. 字符串连接

   避免在循环中频繁使用 + 操作符进行字符串连接，特别是当连接大量字符串时。这样的操作会创建多个临时字符串，影响性能。考虑使用 str.join() 方法。

6. 字符串比较

   在比较字符串时，要注意大小写和空白字符。有时候使用 str.strip()去除两侧空格是比较字符串之前的一种好做法，以确保一致性。

7. 原始字符串

   在处理正则表达式、文件路径等时，可以使用原始字符串（以 r 开头），以避免转义字符的影响。

8. 性能优化

   对于大量字符串拼接的情况，考虑使用 str.join() 方法或者 io.StringIO 类来优化性能。这可以减少由于创建多个临时字符串而引起的性能问题。