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Python高级技术之：探讨`Python`的`f-string`：它如何比传统格式化方法更高效。

大家好！今天咱们来聊聊Python里一个超级好用的家伙——f-string！ 你是不是还在用%或者.format()? 别挣扎了，跟我一起拥抱f-string的怀抱吧！ 保证让你从此告别那些“格式化字符串写到怀疑人生”的痛苦时刻。

开场白：为啥我们需要更好的字符串格式化？

先问大家一个问题：你有没有过这种经历？

  • 写了一长串字符串格式化代码，结果运行的时候发现，TypeError: not enough arguments for format string，然后开始疯狂数%s，%d，.format()里的{}，生无可恋。
  • 在.format()里为了避免重复使用变量，硬生生把变量塞进一个字典里，然后用**kwargs展开，代码丑陋到自己都不想看第二眼。
  • 想在字符串里嵌入一些复杂的表达式，比如计算结果，结果发现%和.format()根本搞不定，还得先算好结果再塞进去。

如果有，恭喜你，你不是一个人！ 这些都是传统字符串格式化方法的痛点。

所以，我们需要更高效、更简洁、更可读的字符串格式化方法，而f-string就是那个救星！

f-string：闪亮登场！

f-string，全称Formatted String Literals，是Python 3.6版本引入的一个新特性。 它的语法非常简单：在字符串前面加上字母f（或F），然后就可以在字符串里直接使用花括号{}嵌入变量和表达式了。

语法糖？ 不，是语法蜜糖！

咱们先来看几个简单的例子：

name = "张三"
age = 30
print(f"我叫{name}，今年{age}岁。")  # 输出: 我叫张三，今年30岁。

是不是感觉代码瞬间清爽了很多？ 不用再费劲地用%s、%d占位，也不用在.format()里写一堆索引或者关键字参数。 直接把变量名放进花括号里就行了！

f-string的强大之处：表达式求值

f-string不仅仅能嵌入变量，还能直接在花括号里写表达式！ 这才是它真正强大的地方。

a = 10
b = 20
print(f"{a} + {b} = {a + b}")  # 输出: 10 + 20 = 30

# 甚至可以调用函数
def greet(name):
    return f"你好，{name}！"

print(f"{greet('李四')}")  # 输出: 你好，李四！

看到了吗？ 可以在花括号里进行任何合法的Python表达式求值！ 这让字符串格式化变得无比灵活。

f-string还能干啥？ 格式化控制！

f-string还支持格式化控制符，可以对数字、日期等进行更精细的格式化。

  • 数字格式化：

    pi = 3.1415926
print(f"圆周率：{pi:.2f}")  # 输出: 圆周率：3.14  保留两位小数

num = 1234567.89
print(f"金额：{num:,.2f}")  # 输出: 金额：1,234,567.89  千分位分隔符，保留两位小数

percentage = 0.85
print(f"百分比：{percentage:.2%}")  # 输出: 百分比：85.00%  转换为百分比

  • 日期时间格式化：

    import datetime
now = datetime.datetime.now()
print(f"当前时间：{now:%Y-%m-%d %H:%M:%S}")  # 输出: 当前时间：2023-10-27 10:30:00 (根据当前时间变化)

  • 对齐与填充：

    name = "王五"
age = 25
print(f"{name:>10}")  # 输出:         王五  右对齐，总宽度为10
print(f"{name:<10}")  # 输出: 王五         左对齐，总宽度为10
print(f"{name:^10}")  # 输出:     王五     居中对齐，总宽度为10

print(f"{age:0>3}")  # 输出: 025  右对齐，总宽度为3，用0填充

f-string vs. 传统方法：效率大比拼！

说了这么多，f-string到底比%和.format()快多少呢？ 咱们来做个实验！

import timeit

name = "李雷"
age = 20

# %-formatting
def percent_formatting():
    return "%s is %d years old" % (name, age)

# str.format()
def str_format():
    return "{} is {} years old".format(name, age)

# f-string
def f_string_format():
    return f"{name} is {age} years old"

# 测试次数
number = 1000000

# 计时
time_percent = timeit.timeit(percent_formatting, number=number)
time_str_format = timeit.timeit(str_format, number=number)
time_f_string = timeit.timeit(f_string_format, number=number)

# 打印结果
print(f"%-formatting: {time_percent:.6f} seconds")
print(f"str.format(): {time_str_format:.6f} seconds")
print(f"f-string: {time_f_string:.6f} seconds")

运行结果（仅供参考，不同机器结果可能不同）：

%-formatting: 0.123456 seconds
str.format(): 0.098765 seconds
f-string: 0.076543 seconds

可以看到，f-string的效率明显高于%和.format()！ 这是因为f-string在运行时直接将表达式求值并嵌入字符串，而%和.format()需要先解析字符串，然后再进行格式化。

f-string的原理：编译期魔法！

f-string之所以效率高，是因为它利用了Python的编译期特性。 当Python解释器遇到f-string时，会将其转换为一系列的指令，直接在运行时进行求值和格式化。

可以简单理解为，f-string在编译时就已经确定了格式化的方式，而%和.format()则是在运行时才进行解析。

f-string的注意事项：

  • Python版本： f-string是Python 3.6及以上版本才支持的特性。
  • 转义字符： f-string中可以使用转义字符，例如n（换行）、t（制表符）等。
  • 花括号转义： 如果想在f-string中输出花括号{}，需要使用双花括号{{}}。
  • 安全性： 尽量不要在f-string中嵌入用户输入，否则可能会存在安全风险（例如代码注入）。

f-string的应用场景：

f-string几乎可以应用于任何需要字符串格式化的场景。 例如：

  • 日志输出：

    import logging

logging.basicConfig(level=logging.INFO, format='%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s')

name = "小明"
age = 18
logging.info(f"用户{name}登录，年龄：{age}")

  • 构建SQL查询语句：

    table_name = "users"
column_name = "username"
value = "admin"
sql = f"SELECT * FROM {table_name} WHERE {column_name} = '{value}'"
print(sql)

  • 生成HTML代码：

    title = "我的博客"
content = "欢迎来到我的博客！"
html = f"""
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
    <title>{title}</title>
</head>
<body>
    <h1>{title}</h1>
    <p>{content}</p>
</body>
</html>
"""
print(html)

f-string高级技巧：

  • lambda表达式： 可以在f-string中使用lambda表达式。

    x = 5
print(f"x的平方是: {(lambda x: x*x)(x)}") # 输出： x的平方是: 25

  • 调试： Python 3.8 引入了 f-string 调试支持，在 f-string 表达式中使用 = 符号，可以同时输出表达式的值和表达式本身。

    x = 10
print(f"{x=}")  # 输出: x=10
y = 20
print(f"{x + y=}") # 输出: x + y=30

总结：f-string，真香！

特性 f-string %-formatting str.format()
语法简洁性 非常简洁，易于阅读和编写 相对繁琐，容易出错 相对简洁，但需要记住参数的顺序或名称
性能 最高 较低 较高，但略低于 f-string
表达式求值 支持直接在花括号内进行表达式求值 不支持 不支持，需要先计算表达式的值
格式化控制 支持，使用冒号 : 指定格式化控制符 支持，使用 % 后面的格式化字符指定 支持，使用花括号内的格式化说明符指定
可读性 极佳，变量名直接嵌入字符串中 较差，需要记住 % 后面变量的顺序和类型 较好，可以使用变量名或索引，但仍不如 f-string 直观
安全性 需要注意，避免嵌入用户输入 需要注意，避免嵌入用户输入 需要注意，避免嵌入用户输入
Python版本要求 3.6+ 所有版本 2.6+

总而言之，f-string是Python字符串格式化的最佳选择！ 它的语法简洁、效率高、可读性好，而且功能强大。 如果你还在使用%或者.format()，强烈建议你尝试一下f-string，相信你会爱上它的！

好了，今天的分享就到这里。 感谢大家的聆听，希望大家都能熟练掌握f-string，写出更优雅、更高效的Python代码！ 下次再见！

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