python格式化字符串f-string

简介
f-string，亦称为格式化字符串常量（formatted string literals），是Python3.6新引入的一种字符串格式化方法，该方法源于PEP 498 – Literal String Interpolation，主要目的是使格式化字符串的操作更加简便。f-string在形式上是以 f 或 F 修饰符引领的字符串（f'xxx' 或 F'xxx'），以大括号 {} 标明被替换的字段；f-string在本质上并不是字符串常量，而是一个在运行时运算求值的表达式：

While other string literals always have a constant value, formatted strings are really expressions evaluated at run time.
（与具有恒定值的其它字符串常量不同，格式化字符串实际上是运行时运算求值的表达式。）
—— Python Documentation

f-string在功能方面不逊于传统的%-formatting语句和str.format()函数，同时性能又优于二者，且使用起来也更加简洁明了，因此对于Python3.6及以后的版本，推荐使用f-string进行字符串格式化。

用法
此部分内容主要参考以下资料：

Python Documentation – Formatted String Literals
Python Documentation – Format String Syntax
PEP 498 – Literal String Interpolation
Python 3’s f-Strings: An Improved String Formatting Syntax (Guide)
python3 f-string格式化字符串的高级用法
Python 3: An Intro to f-strings

简单使用
f-string用大括号 {} 表示被替换字段，其中直接填入替换内容：

>>> name = 'Eric'
>>> f'Hello, my name is {name}'
'Hello, my name is Eric'

>>> number = 7
>>> f'My lucky number is {number}'
'My lucky number is 7'

>>> price = 19.99
>>> f'The price of this book is {price}'
'The price of this book is 19.99'

 

表达式求值与函数调用
f-string的大括号 {} 可以填入表达式或调用函数，Python会求出其结果并填入返回的字符串内：

>>> f'A total number of {24 * 8 + 4}'
'A total number of 196'

>>> f'Complex number {(2 + 2j) / (2 - 3j)}'
'Complex number (-0.15384615384615388+0.7692307692307692j)'

>>> name = 'ERIC'
>>> f'My name is {name.lower()}'
'My name is eric'

>>> import math
>>> f'The answer is {math.log(math.pi)}'
'The answer is 1.1447298858494002'

 

引号、大括号与反斜杠
f-string大括号内所用的引号不能和大括号外的引号定界符冲突，可根据情况灵活切换 ' 和 "：

>>> f'I am {"Eric"}'
'I am Eric'
>>> f'I am {'Eric'}'
File "<stdin>", line 1
f'I am {'Eric'}'
^
SyntaxError: invalid syntax

若 ' 和 " 不足以满足要求，还可以使用 ''' 和 """：

>>> f"He said {"I'm Eric"}"
File "<stdin>", line 1
f"He said {"I'm Eric"}"
^
SyntaxError: invalid syntax

>>> f'He said {"I'm Eric"}'
File "<stdin>", line 1
f'He said {"I'm Eric"}'
^
SyntaxError: invalid syntax

>>> f"""He said {"I'm Eric"}"""
"He said I'm Eric"
>>> f'''He said {"I'm Eric"}'''
"He said I'm Eric"

 

大括号外的引号还可以使用 \ 转义，但大括号内不能使用 \ 转义：

>>> f'''He\'ll say {"I'm Eric"}'''
"He'll say I'm Eric"
>>> f'''He'll say {"I\'m Eric"}'''
File "<stdin>", line 1
SyntaxError: f-string expression part cannot include a backslash

 

f-string大括号外如果需要显示大括号，则应输入连续两个大括号 {{ 和 }}：

>>> f'5 {"{stars}"}'
'5 {stars}'
>>> f'{{5}} {"stars"}'
'{5} stars'

 

上面提到，f-string大括号内不能使用 \ 转义，事实上不仅如此，f-string大括号内根本就不允许出现 \。如果确实需要 \，则应首先将包含 \ 的内容用一个变量表示，再在f-string大括号内填入变量名：

>>> f"newline: {ord('\n')}"
File "<stdin>", line 1
SyntaxError: f-string expression part cannot include a backslash

>>> newline = ord('\n')
>>> f'newline: {newline}'
'newline: 10'

 

多行f-string
f-string还可用于多行字符串：

>>> name = 'Eric'
>>> age = 27
>>> f"Hello!" \
... f"I'm {name}." \
... f"I'm {age}."
"Hello!I'm Eric.I'm 27."
>>> f"""Hello!
... I'm {name}.
... I'm {age}."""
"Hello!\n I'm Eric.\n I'm 27."

 

自定义格式：对齐、宽度、符号、补零、精度、进制等
f-string采用 {content:format} 设置字符串格式，其中 content 是替换并填入字符串的内容，可以是变量、表达式或函数等，format 是格式描述符。采用默认格式时不必指定 {:format}，如上面例子所示只写 {content} 即可。

关于格式描述符的详细语法及含义可查阅Python官方文档，这里按使用时的先后顺序简要介绍常用格式描述符的含义与作用：

对齐相关格式描述符
格式描述符 含义与作用
< 左对齐（字符串默认对齐方式）
> 右对齐（数值默认对齐方式）
^ 居中
数字符号相关格式描述符
格式描述符 含义与作用
+ 负数前加负号（-），正数前加正号（+）
- 负数前加负号（-），正数前不加任何符号（默认）
（空格） 负数前加负号（-），正数前加一个空格
注：仅适用于数值类型。

数字显示方式相关格式描述符
格式描述符 含义与作用
# 切换数字显示方式
注1：仅适用于数值类型。
注2：# 对不同数值类型的作用效果不同，详见下表：

数值类型 不加#（默认） 加# 区别
二进制整数 '1111011' '0b1111011' 开头是否显示 0b
八进制整数 '173' '0o173' 开头是否显示 0o
十进制整数 '123' '123' 无区别
十六进制整数（小写字母） '7b' '0x7b' 开头是否显示 0x
十六进制整数（大写字母） '7B' '0X7B' 开头是否显示 0X
宽度与精度相关格式描述符
格式描述符 含义与作用
width 整数 width 指定宽度
0width 整数 width 指定宽度，开头的 0 指定高位用 0 补足宽度
width.precision 整数 width 指定宽度，整数 precision 指定显示精度
注1：0width 不可用于复数类型和非数值类型，width.precision 不可用于整数类型。
注2：width.precision 用于不同格式类型的浮点数、复数时的含义也不同：用于 f、F、e、E 和 % 时 precision 指定的是小数点后的位数，用于 g 和 G 时 precision 指定的是有效数字位数（小数点前位数+小数点后位数）。
注3：width.precision 除浮点数、复数外还可用于字符串，此时 precision 含义是只使用字符串中前 precision 位字符。

示例：

>>> a = 123.456
>>> f'a is {a:8.2f}'
'a is 123.46'
>>> f'a is {a:08.2f}'
'a is 00123.46'
>>> f'a is {a:8.2e}'
'a is 1.23e+02'
>>> f'a is {a:8.2%}'
'a is 12345.60%'
>>> f'a is {a:8.2g}'
'a is 1.2e+02'

>>> s = 'hello'
>>> f's is {s:8s}'
's is hello '
>>> f's is {s:8.3s}'
's is hel '

 

千位分隔符相关格式描述符
格式描述符 含义与作用
, 使用,作为千位分隔符
_ 使用_作为千位分隔符
注1：若不指定 , 或 _，则f-string不使用任何千位分隔符，此为默认设置。
注2：, 仅适用于浮点数、复数与十进制整数：对于浮点数和复数，, 只分隔小数点前的数位。
注3：_ 适用于浮点数、复数与二、八、十、十六进制整数：对于浮点数和复数，_ 只分隔小数点前的数位；对于二、八、十六进制整数，固定从低位到高位每隔四位插入一个 _（十进制整数是每隔三位插入一个 _）。

示例：

>>> a = 1234567890.098765
>>> f'a is {a:f}'
'a is 1234567890.098765'
>>> f'a is {a:,f}'
'a is 1,234,567,890.098765'
>>> f'a is {a:_f}'
'a is 1_234_567_890.098765'

>>> b = 1234567890
>>> f'b is {b:_b}'
'b is 100_1001_1001_0110_0000_0010_1101_0010'
>>> f'b is {b:_o}'
'b is 111_4540_1322'
>>> f'b is {b:_d}'
'b is 1_234_567_890'
>>> f'b is {b:_x}'
'b is 4996_02d2'

 

格式类型相关格式描述符
基本格式类型

格式描述符 含义与作用 适用变量类型
s 普通字符串格式 字符串
b 二进制整数格式 整数
c 字符格式，按unicode编码将整数转换为对应字符 整数
d 十进制整数格式 整数
o 八进制整数格式 整数
x 十六进制整数格式（小写字母） 整数
X 十六进制整数格式（大写字母） 整数
e 科学计数格式，以 e 表示 ×10^ 浮点数、复数、整数（自动转换为浮点数）
E 与 e 等价，但以 E 表示 ×10^ 浮点数、复数、整数（自动转换为浮点数）
f 定点数格式，默认精度（precision）是6 浮点数、复数、整数（自动转换为浮点数）
F 与 f 等价，但将 nan 和 inf 换成 NAN 和 INF 浮点数、复数、整数（自动转换为浮点数）
g 通用格式，小数用 f，大数用 e 浮点数、复数、整数（自动转换为浮点数）
G 与 G 等价，但小数用 F，大数用 E 浮点数、复数、整数（自动转换为浮点数）
% 百分比格式，数字自动乘上100后按 f 格式排版，并加 % 后缀 浮点数、整数（自动转换为浮点数）
常用的特殊格式类型：标准库 datetime 给定的用于排版时间信息的格式类型，适用于 date、datetime 和 time 对象

格式描述符 含义 显示样例
%a 星期几（缩写） 'Sun'
%A 星期几（全名） 'Sunday'
%w 星期几（数字，0 是周日，6 是周六） '0'
%u 星期几（数字，1 是周一，7 是周日） '7'
%d 日（数字，以 0 补足两位） '07'
%b 月（缩写） 'Aug'
%B 月（全名） 'August'
%m 月（数字，以 0 补足两位） '08'
%y 年（后两位数字，以 0 补足两位） '14'
%Y 年（完整数字，不补零） '2014'
%H 小时（24小时制，以 0 补足两位） '23'
%I 小时（12小时制，以 0 补足两位） '11'
%p 上午/下午 'PM'
%M 分钟（以 0 补足两位） '23'
%S 秒钟（以 0 补足两位） '56'
%f 微秒（以 0 补足六位） '553777'
%z UTC偏移量（格式是 ±HHMM[SS]，未指定时区则返回空字符串） '+1030'
%Z 时区名（未指定时区则返回空字符串） 'EST'
%j 一年中的第几天（以 0 补足三位） '195'
%U 一年中的第几周（以全年首个周日后的星期为第0周，以 0 补足两位） '27'
%w 一年中的第几周（以全年首个周一后的星期为第0周，以 0 补足两位） '28'
%V 一年中的第几周（以全年首个包含1月4日的星期为第1周，以 0 补足两位） '28'

综合示例

>>> a = 1234
>>> f'a is {a:^#10X}' # 居中，宽度10位，十六进制整数（大写字母），显示0X前缀
'a is 0X4D2 '

>>> b = 1234.5678
>>> f'b is {b:<+10.2f}' # 左对齐，宽度10位，显示正号（+），定点数格式，2位小数
'b is +1234.57 '

>>> c = 12345678
>>> f'c is {c:015,d}' # 高位补零，宽度15位，十进制整数，使用,作为千分分割位
'c is 000,012,345,678'

>>> d = 0.5 + 2.5j
>>> f'd is {d:30.3e}' # 宽度30位，科学计数法，3位小数
'd is 5.000e-01+2.500e+00j'

>>> import datetime
>>> e = datetime.datetime.today()
>>> f'the time is {e:%Y-%m-%d (%a) %H:%M:%S}' # datetime时间格式
'the time is 2018-07-14 (Sat) 20:46:02'

 

lambda表达式
f-string大括号内也可填入lambda表达式，但lambda表达式的 : 会被f-string误认为是表达式与格式描述符之间的分隔符，为避免歧义，需要将lambda表达式置于括号 () 内：

>>> f'result is {lambda x: x ** 2 + 1 (2)}'
File "<fstring>", line 1
(lambda x)
^
SyntaxError: unexpected EOF while parsing

>>> f'result is {(lambda x: x ** 2 + 1) (2)}'
'result is 5'
>>> f'result is {(lambda x: x ** 2 + 1) (2):<+7.2f}'
'result is +5.00 '

 

 

 

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