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标题: 全网最适合入门的面向对象编程教程：54 Python字符串与序列化-字符串格式化 [打印本页]

作者: 铁佛 时间: 2024-9-28 23:47
标题: 全网最适合入门的面向对象编程教程：54 Python字符串与序列化-字符串格式化
全网最适合入门的面向对象编程教程：54 Python 字符串与序列化-字符串格式化与 format 方法

本文档重要介绍如何使用 Python 进行面向对象编程，需要读者对 Python 语法和单片机开发具有基本了解。相比其他讲解 Python 面向对象编程的博客或册本而言，本文档更加详细、侧重于嵌入式上位机应用，以上位机和下位机的常见串口数据收发、数据处理、动态图绘制等为应用实例，同时使用 Sourcetrail 代码软件对代码进行可视化阅读便于读者理解。
相关示例代码获取链接如下：https://github.com/leezisheng/Python-OOP-Demo
正文

字符串格式化是将变量值插入到字符串中的占位符位置的过程。这使得能够创建动态的文本，其中一些部分大概需要根据不同情况进行更换。
在 Python 中字符串格式化的方式包罗 Print 函数输出格式化和 Format 函数格式化。
使用 Print 函数格式化符号实现格式化

常用格式化符号包罗：

（1）%c：格式化字符及其 ASCII 码；
（2）%s：格式化字符串；
（3）%d：格式化整数；
（4）%u：格式化无符号整型；
（5）%o：格式化无符号八进制数；
（6）%x：格式化无符号十六进制数；
（7）%f：格式化浮点数字，可指定小数点后的精度；
（8）%e：用科学计数法格式化浮点数；
（9）%g：%d 和 %e 的简写。

示例代码如下所示：

print("%c" % 'a')
print("%s" % "string")
print("%s" % 123)
print("%d" % 100.0)

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运行结果如下：

同时转换符格式化 (conversion specifier) 可以引用字典变量。
转换符的格式为 %(mapping_key)flags，mapping_key 指明引用变量的名称，flags 指明转换格式。
示例代码如下：

print('%(language)s has %(number)01d quote types.'
% {'language': "Python", "number": 2})

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运行结果如下：

使用 format()方法进行格式化

内置的字符串类提供了通过使用 PEP 3101 所形貌的 format()方法进行复杂变量更换和值格式化的能力。string 模块中的 Formatter 类答应你使用与内置 format()方法相同的实现来创建并定制你自己的字符串格式化行为。

str.format()方法和 Formatter 类共享相同的格式字符串语法（虽然对于 Formatter 类来说，其子类可以界说它们自己的格式字符串语法）。任何字符串都可以通过调用 format()方法而编写一个格式化字符串。这个方法返回一个新的字符串，其中的特别字符将会更换成传入该方法的参数以及关键字参数。format 方法不限定参数数量，它使用我们前面提到的方法传参中*args 和**kwargs 语法。

在格式化字符串中被更换的特别符号是开闭花括号：{和}。我们可以成对地插入，终极其会按照顺序被 str.format 方法中传入的位置参数所更换。
示例代码如下：

template = "Hello {}, you are currently {}."
print(template.format('Dusty', 'writing'))

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运行结果如下：

str.format()方法可以使用位置参数或关键字参数来填充占位符。位置参数是按顺序传递的，而关键字参数使用占位符名称来匹配值。
示例代码如下，运行结果同上。

template = "Hello {0}, you are currently {1}."
print(template.format('Dusty', 'writing'))
template = "Hello {name}, you are currently {doing}."
print(template.format(name='Dusty', doing='writing'))

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我们不是只能传递字符串变量给 format 方法，任何基本范例，例如可以被打印出来的整数或浮点数都可以。更风趣的是，复杂对象，包罗列表、元组、字典以及恣意对象都可以使用；在 format 的字符串中我们可以通过索引和对象的属性（方法不可）访问变量。例如在下面的例子中，我们输出一个邮件消息，我们在邮箱地点中将发件人和收件人组合成元组，并将主题和消息存放在字典中，就可以如许来格式化：

emails = ("a@example.com", "b@example.com")
message = {
'subject': "You Have Mail!",'message': "Here's some mail for you!"
}
template = """
From: <{0[0]}>
To: <{0[1]}>
Subject: {message[subject]}
{message[message]}"""
print(template.format(emails, message=message))

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我们在传递 emails 元组时传递了一个基于位置的参数，这两个邮箱地点可以通过 0[x]得到，其中 x 可以是 0 或 1，表现元组中第一个或第二个元素。第一个 0 表现传入 format 的第一个位置参数（在这个例子中是 emails 元组）。
我们在传递 message 字典时传递了一个基于关键字的参数，其中通过字符串键名访问字典时，使用 message[subject]和 message[message]，注意这里宁静常访问字典中值时有所不同，我们不需要加引号。

print(message['subject'])

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如果有嵌套的数据结构，我们甚至可以实现多层查询。这里建议不要如许做，因为如许一来，模板字符串很快就会变得难以理解。如果我们有一个字典包含了元组，可以如许做，代码运行结果同上：

emails = ("a@example.com", "b@example.com")
message = {
'emails': emails,
'subject': "You Have Mail!",
'message': "Here's some mail for you!"
}
template = """
From: <{0[emails][0]}>
To: <{0[emails][1]}>
Subject: {0[subject]}
{0[message]}"""
print(template.format(message))

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实际上，我们也可以给 format 函数传递恣意对象作为参数，然后用点号标志访问对象的属性。在如下代码中，我们使用 format 函数输出了类的名字、形貌和属性/方法。

class SensorClass(SerialClass):
'''
传感器类，继承自SerialClass
'''
... ...
if __name__ == "__main__":
template = '''
Class Name : <{0.__name__}>
Class Description : <{0.__doc__}>
Class Method and Class Properties : <{0.__dict__}>
'''
print(template.format(SensorClass))

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运行结果如下所示：

通常来说，我们会在想要格式化的对象已经存在的情况下使用这种查询方式，但不会为了在模板中使用对象而创建一个类。
在模板字符串中引入变量确实极具便利性，然而，有时间为了确保输出结果的正确性，我们需要对这些变量进行适当的调整。例如，在进行正确率计算时，我们大概会得到冗长的小数，但在特定的应用场景中，我们并不希望这些详尽的小数点后的数值出现在终极的展示中。
此时，str.format()方法就显得尤为实用。它不仅答应我们机动地控制输出的格式，还提供了诸多选项以满意不同的格式化需求，如指定小数位数、调整文本对齐方式以及设置填充字符等。通过这些功能，我们可以更加精准地控制输出内容的呈现方式，从而确保信息的传达既正确又符合预期的展示效果。
标准格式阐明符的一般形式如下：

format_spec ::= [[fill]align][sign]["z"]["#"]["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" | "%"

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这里，type 参数详细含义如下：

(1) s: string, 字符串;
(2) d: decimal integer, 十进制数;
(3) i: integer, 用法同%d;
(4) u: unsigned integer, 无符号十进制数;
(5) f: float, 浮点数(默认保留小数点后6位);
(6) F: Float, 浮点数(默认保留小数点后6位);
(7) e: exponent, 将数字表示为科学计数法(小写e, 默认保留小数点后6位);
(8) E: Exponent, 将数字表示为科学计数法(大写E, 默认保留小数点后6位);
(9) o: octal, 八进制数(即0-7);
(10) x: hexdecimal, 十六进制数(即0-9a-f);
(11) X: Hexdecimal, 十六进进制数(0-9A-F);
(12) g: general format, 通用格式，详见如下...;
(13) G: General format, 通用格式，详见如下...;
(14) %c: character, 将十进制数转换为所对应的unicode值;
(15) %r: representation, 调用__repr__魔法方法输出;
(16) %%: 转义%，输出百分号。

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详细可看下面示例：

price = 49.95
formatted_price = "The price is {:.2f} dollars.".format(price)
print(formatted_price)

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运行结果如下：

冒号之后的 0.2f 格式指示符表明，从左向右，对于小于 1 的值，确保小数点左侧有个 0；小数点之后保存两位数字，将输入值格式化为浮点数。
我们也可以通过占位值让每个数字占据特定数量的字符位置。这对于输出表格数据很有用，例如：

orders = [('burger', 2, 5),
('fries', 3.5, 1),
('cola', 1.75, 3)]
print("PRODUCT QUANTITY PRICE SUBTOTAL")
for product, price, quantity in orders:
subtotal = price * quantity
print("{0:10s}{1: ^9d} ${2: <8.2f}${3: >7.2f}".format(product, quantity, price, subtotal))

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这里，quantity 变量的格式化操纵符{1: ^9d}为例，d 表现这是一个整数值，数字 9 阐明这个值需要占据 9 个字符。
但是对于整数来说，默认是用 0 而不是空格来填充的。以是我们在冒号之后添加一个空格作为占位符。插入符号阐明数字按照居中方式对齐。运行结果如下：

我们也可以使用 < 或 > 选择不同的对齐方式（左对齐/右对齐）。这里，我们对 price 和 subtotal 变量使用相似的指示符。对于 price，我们使用{2: 7.2f}。我们都指定了一个空格作为填充字符，不过用 < 和 > 符号分别阐明数字按照长度为 8 和 7 的位置居左和居右对齐。而且，每个浮点数都保存两位小数。
对于不同的数据范例，“范例”字符的不同会导致输出格式的变化。我们已经了解了 s、d 和 f 这三种范例，它们分别用于表现字符串、整数和浮点数。实际上，大部分其他的格式指示符都可以看作是这三种基本范例的变体或扩展。例如，o 范例用于表现八进制整数，而 X 范例则用于表现十六进制整数。此外，n 范例指示符是一个特别的存在，它答应我们根据当地的习惯对整数进行分隔。这对于浮点数，% 范例指示符则具有特别的功能，它可以将浮点数乘以 100，从而将其转换为百分数形式。
示例代码如下：

_# 使用千位分隔符_
number = 1234567
formatted_number = "Formatted number: {:,}".format(number)
print(formatted_number)
_# 使用百分比格式_
percentage = 0.25
formatted_percentage = "Formatted percentage: {:.2%}".format(percentage)
print(formatted_percentage)

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运行结果如下：

值得注意的是，这些标准的格式化操纵符不仅可以应用于内置的数据范例，还可以应用于其他对象。对于非标准对象，我们可以界说自己的格式指示符来满意特定的需求。例如，如果我们将 datetime 对象传递给 format，就可以使用那些可用于 datetime.strftime 函数的指示符，例如：

from datetime import datetime
now = datetime.now()
_# 格式化日期和时间_
formatted_date = "Current date and time: {:%Y-%m-%d %H:%M:%S}".format(now)
print(formatted_date)

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输出结果如下：

需要注意的是：这些指示符必须按照正确的顺序，不过它们都是可选的：首先是填充字符，其次是对齐方式，然后是大小，最后是范例。

::= [[fill]align][sign]["z"]["#"]["0"][width][grouping_option]["." precision][type]

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除了使用标准的格式化操纵符，我们也可以通过重写 format 特别方法来自界说我们自己对象的格式化操纵符，可以通过查看如下文档进一步了解更加细节的操纵：https://peps.python.org/pep-3101/。

同时，开闭花括号：{和}除了在格式化字符串中作为被更换的特别符号，花括号符号自己也常用于字符串。我们需要有办法跳过格式化，只作为花括号符号自己出现，而不是被更换。我们可以通过重复两次花括号来实现，例如，我们可以用 Python 来格式化一个基本的 Java 程序：

template = """
public class {0} {{
public static void main(String[] args) {{
System.out.println("{1}");
}}
}}"""
print(template.format("MyClass", "print('hello world')"))

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运行结果如下：

可以看到输出的类名和内容已经被两个参数所更换，而双花括号被更换为单花括号，结果得到的就是一段合法的 Java 代码。只要在模板中看到{{或}}，也就是用于封闭 Java 类和方法界说的符号。我们知道 format 方法会将它们更换为单个的花括号符号，而不是更换为传入 format 方法的参数。
这里，我们也总结了常用的一些格式化标准符号使用方法：

总的来说，格式化操纵符是 Python 中一个非常强大的工具，它答应我们根据需要机动地控制数据的输出格式。通过深入了解这些操纵符的用法和特点，我们可以编写出更加清晰、易读和高效的代码。

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