gitbook/Python核心技术与实战/docs/95897.md
2022-09-03 22:05:03 +08:00

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# 05 | 深入浅出字符串
你好,我是景霄。
Python的程序中充满了字符串string在平常阅读代码时也屡见不鲜。字符串同样是Python中很常见的一种数据类型比如日志的打印、程序中函数的注释、数据库的访问、变量的基本操作等等都用到了字符串。
当然我相信你本身对字符串已经有所了解。今天这节课我主要带你回顾一下字符串的常用操作并对其中的一些小tricks详细地加以解释。
## 字符串基础
什么是字符串呢?字符串是由独立字符组成的一个序列,通常包含在单引号(`''`)双引号(`""`)或者三引号之中(`''' '''`或`""" """`,两者一样),比如下面几种写法。
```
name = 'jason'
city = 'beijing'
text = "welcome to jike shijian"
```
这里定义了name、city和text三个变量都是字符串类型。我们知道Python中单引号、双引号和三引号的字符串是一模一样的没有区别比如下面这个例子中的s1、s2、s3完全一样。
```
s1 = 'hello'
s2 = "hello"
s3 = """hello"""
s1 == s2 == s3
True
```
Python同时支持这三种表达方式很重要的一个原因就是这样方便你在字符串中内嵌带引号的字符串。比如
```
"I'm a student"
```
Python的三引号字符串则主要应用于多行字符串的情境比如函数的注释等等。
```
def calculate_similarity(item1, item2):
"""
Calculate similarity between two items
Args:
item1: 1st item
item2: 2nd item
Returns:
similarity score between item1 and item2
"""
```
同时Python也支持转义字符。所谓的转义字符就是用反斜杠开头的字符串来表示一些特定意义的字符。我把常见的的转义字符总结成了下面这张表格。
![](https://static001.geekbang.org/resource/image/b7/52/b7a296ab8d26664e03a076fa50d5b152.png)
为了方便你理解,我举一个例子来说明。
```
s = 'a\nb\tc'
print(s)
a
b c
```
这段代码中的`'\n'`,表示一个字符——换行符;`'\t'`也表示一个字符——横向制表符。所以最后打印出来的输出就是字符a换行字符b然后制表符最后打印字符c。不过要注意虽然最后打印的输出横跨了两行但是整个字符串s仍然只有5个元素。
```
len(s)
5
```
在转义字符的应用中,最常见的就是换行符`'\n'`的使用。比如文件读取,如果我们一行行地读取,那么每一行字符串的末尾,都会包含换行符`'\n'`。而最后做数据处理时,我们往往会丢掉每一行的换行符。
## 字符串的常用操作
讲完了字符串的基本原理下面我们一起来看看字符串的常用操作。你可以把字符串想象成一个由单个字符组成的数组所以Python的字符串同样支持索引切片和遍历等等操作。
```
name = 'jason'
name[0]
'j'
name[1:3]
'as'
```
和其他数据结构如列表、元组一样字符串的索引同样从0开始index=0表示第一个元素字符\[index:index+2\]则表示第index个元素到index+1个元素组成的子字符串。
遍历字符串同样很简单,相当于遍历字符串中的每个字符。
```
for char in name:
print(char)
j
a
s
o
n
```
特别要注意Python的字符串是不可变的immutable。因此用下面的操作来改变一个字符串内部的字符是错误的不允许的。
```
s = 'hello'
s[0] = 'H'
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'str' object does not support item assignment
```
Python中字符串的改变通常只能通过创建新的字符串来完成。比如上述例子中想把`'hello'`的第一个字符`'h'`,改为大写的`'H'`,我们可以采用下面的做法:
```
s = 'H' + s[1:]
s = s.replace('h', 'H')
```
* 第一种方法,是直接用大写的`'H'`,通过加号`'+'`操作符,与原字符串切片操作的子字符串拼接而成新的字符串。
* 第二种方法,是直接扫描原字符串,把小写的`'h'`替换成大写的`'H'`,得到新的字符串。
你可能了解到在其他语言中如Java有可变的字符串类型比如StringBuilder每次添加、改变或删除字符无需创建新的字符串时间复杂度仅为O(1)。这样就大大提高了程序的运行效率。
但可惜的是Python中并没有相关的数据类型我们还是得老老实实创建新的字符串。因此每次想要改变字符串往往需要O(n)的时间复杂度其中n为新字符串的长度。
你可能注意到了上述例子的说明中我用的是“往往”、“通常”这样的字眼并没有说“一定”。这是为什么呢显然随着版本的更新Python也越来越聪明性能优化得越来越好了。
这里,我着重讲解一下,使用加法操作符`'+='`的字符串拼接方法。因为它是一个例外,打破了字符串不可变的特性。
操作方法如下所示:
```
str1 += str2 # 表示str1 = str1 + str2
```
我们来看下面这个例子:
```
s = ''
for n in range(0, 100000):
s += str(n)
```
你觉得这个例子的时间复杂度是多少呢?
每次循环似乎都得创建一个新的字符串而每次创建一个新的字符串都需要O(n)的时间复杂度。因此总的时间复杂度就为O(1) + O(2) + … + O(n) = O(n^2)。这样到底对不对呢?
乍一看这样分析确实很有道理但是必须说明这个结论只适用于老版本的Python了。自从Python2.5开始每次处理字符串的拼接操作时str1 += str2Python首先会检测str1还有没有其他的引用。如果没有的话就会尝试原地扩充字符串buffer的大小而不是重新分配一块内存来创建新的字符串并拷贝。这样的话上述例子中的时间复杂度就仅为O(n)了。
因此,以后你在写程序遇到字符串拼接时,如果使用’+='更方便,就放心地去用吧,不用过分担心效率问题了。
另外对于字符串拼接问题除了使用加法操作符我们还可以使用字符串内置的join函数。string.join(iterable),表示把每个元素都按照指定的格式连接起来。
```
l = []
for n in range(0, 100000):
l.append(str(n))
l = ' '.join(l)
```
由于列表的append操作是O(1)复杂度字符串同理。因此这个含有for循环例子的时间复杂度为n\*O(1)=O(n)。
接下来我们看一下字符串的分割函数split()。string.split(separator)表示把字符串按照separator分割成子字符串并返回一个分割后子字符串组合的列表。它常常应用于对数据的解析处理比如我们读取了某个文件的路径想要调用数据库的API去读取对应的数据我们通常会写成下面这样
```
def query_data(namespace, table):
"""
given namespace and table, query database to get corresponding
data
"""
path = 'hive://ads/training_table'
namespace = path.split('//')[1].split('/')[0] # 返回'ads'
table = path.split('//')[1].split('/')[1] # 返回 'training_table'
data = query_data(namespace, table)
```
此外,常见的函数还有:
* string.strip(str)表示去掉首尾的str字符串
* string.lstrip(str)表示只去掉开头的str字符串
* string.rstrip(str)表示只去掉尾部的str字符串。
这些在数据的解析处理中同样很常见。比如很多时候从文件读进来的字符串中开头和结尾都含有空字符我们需要去掉它们就可以用strip()函数:
```
s = ' my name is jason '
s.strip()
'my name is jason'
```
当然Python中字符串还有很多常用操作比如string.find(sub, start, end)表示从start到end查找字符串中子字符串sub的位置等等。这里我只强调了最常用并且容易出错的几个函数其他内容你可以自行查找相应的文档、范例加以了解我就不一一赘述了。
## 字符串的格式化
最后,我们一起来看看字符串的格式化。什么是字符串的格式化呢?
通常我们使用一个字符串作为模板模板中会有格式符。这些格式符为后续真实值预留位置以呈现出真实值应该呈现的格式。字符串的格式化通常会用在程序的输出、logging等场景。
举一个常见的例子。比如我们有一个任务给定一个用户的userid要去数据库中查询该用户的一些信息并返回。而如果数据库中没有此人的信息我们通常会记录下来这样有利于往后的日志分析或者是线上bug的调试等等。
我们通常会用下面的方法来表示:
```
print('no data available for person with id: {}, name: {}'.format(id, name))
```
其中的string.format(),就是所谓的格式化函数;而大括号{}就是所谓的格式符用来为后面的真实值——变量name预留位置。如果`id = '123'`、`name='jason'`,那么输出便是:
```
'no data available for person with id: 123, name: jason'
```
这样看来,是不是非常简单呢?
不过要注意string.format()是最新的字符串格式函数与规范。自然我们还有其他的表示方法比如在Python之前版本中字符串格式化通常用%来表示,那么上述的例子,就可以写成下面这样:
```
print('no data available for person with id: %s, name: %s' % (id, name))
```
其中%s表示字符串型%d表示整型等等这些属于常识你应该都了解。
当然现在你写程序时我还是推荐使用format函数毕竟这是最新规范也是官方文档推荐的规范。
也许有人会问,为什么非要使用格式化函数,上述例子用字符串的拼接不也能完成吗?没错,在很多情况下,字符串拼接确实能满足格式化函数的需求。但是使用格式化函数,更加清晰、易读,并且更加规范,不易出错。
## 总结
这节课我们主要学习了Python字符串的一些基本知识和常用操作并且结合具体的例子与场景加以说明特别需要注意下面几点。
* Python中字符串使用单引号、双引号或三引号表示三者意义相同并没有什么区别。其中三引号的字符串通常用在多行字符串的场景。
* Python中字符串是不可变的前面所讲的新版本Python中拼接操作+='是个例外)。因此,随意改变字符串中字符的值,是不被允许的。
* Python新版本2.5+)中,字符串的拼接变得比以前高效了许多,你可以放心使用。
* Python中字符串的格式化string.format常常用在输出、日志的记录等场景。
## 思考题
最后给你留一道思考题。在新版本的Python2.5+)中,下面的两个字符串拼接操作,你觉得哪个更优呢?欢迎留言和我分享你的观点,也欢迎你把这篇文章分享给你的同事、朋友。
```
s = ''
for n in range(0, 100000):
s += str(n)
```
```
l = []
for n in range(0, 100000):
l.append(str(n))
s = ' '.join(l)
```