Python格式化字符串f-string概览(小结)

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 C 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 C Formatted String Literals

Python Documentation C Format String Syntax

PEP 498 C 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：

数字符号相关格式描述符

注：仅适用于数值类型。

数字显示方式相关格式描述符

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：

宽度与精度相关格式描述符

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

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

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

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 '