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Python字符串插值详解

字符串插值是将变量或表达式嵌入字符串中的一种技术，Python提供了多种方式实现字符串插值。以下是常见的几种方法及其详细解析和代码示例。

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1. 百分号（%）格式化

这是Python早期版本中的字符串插值方法，类似于C语言的printf风格。

语法

"格式化字符串" % (变量1, 变量2, ...)

示例

name = "Alice"
age = 25
print("My name is %s and I am %d years old." % (name, age))

格式化符号

符号	描述
%s	字符串
%d	十进制整数
%f	浮点数
%x	十六进制整数
%o	八进制整数

优点

• 简单直观，适合少量变量插值。

缺点

• 可读性差，尤其是变量较多时。
• 不支持复杂表达式。

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2. str.format()方法

Python 2.6引入的字符串格式化方法，功能更强大。

语法

"格式化字符串".format(变量1, 变量2, ...)

示例

name = "Bob"
age = 30
print("My name is {} and I am {} years old.".format(name, age))

高级用法

1. 位置参数

   print("{1} is {0} years old.".format(age, name))
   

2. 关键字参数

   print("My name is {name} and I am {age} years old.".format(name="Charlie", age=35))
   

3. 格式化数字

   pi = 3.14159
   print("Pi is approximately {:.2f}".format(pi))  # 保留两位小数
   

优点

• 支持位置和关键字参数，灵活性高。
• 可读性较好。

缺点

• 语法稍显冗长。

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3. f-string（格式化字符串字面量）

Python 3.6引入的字符串插值方法，是目前推荐的方式。

语法

f"格式化字符串{表达式}"

示例

name = "David"
age = 40
print(f"My name is {name} and I am {age} years old.")

高级用法

1. 表达式计算

   a, b = 5, 10
   print(f"The sum of {a} and {b} is {a + b}.")
   

2. 格式化数字

   pi = 3.14159
   print(f"Pi is approximately {pi:.2f}.")  # 保留两位小数
   

3. 调用函数

   def greet(name):return f"Hello, {name}!"print(f"{greet('Eve')}")
   

优点

• 语法简洁，可读性极佳。
• 支持复杂表达式和函数调用。
• 性能优于%和str.format()。

缺点

• 仅支持Python 3.6及以上版本。

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4. Template Strings（模板字符串）

Python标准库string模块提供的模板字符串，适合用户可控的简单插值。

语法

from string import Template
template = Template("格式化字符串")
template.substitute(变量字典)

示例

from string import Templatename = "Frank"
age = 45
template = Template("My name is $name and I am $age years old.")
print(template.substitute(name=name, age=age))

优点

• 安全性高，适合处理用户输入。
• 语法简单。

缺点

• 功能有限，不支持复杂表达式。

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5. 性能对比

以下是对四种方法的简单性能测试：

import timeit# 测试代码
setup = 'name = "Alice"; age = 25'
tests = {"% operator": '"My name is %s and I am %d years old." % (name, age)',"str.format": '"My name is {} and I am {} years old.".format(name, age)',"f-string": 'f"My name is {name} and I am {age} years old."',"Template": 'Template("My name is $name and I am $age years old.").substitute(name=name, age=age)'
}# 运行测试
for method, code in tests.items():time = timeit.timeit(code, setup=setup, number=100000)print(f"{method}: {time:.6f} seconds")

结果（示例）

% operator: 0.123456 seconds
str.format: 0.234567 seconds
f-string: 0.098765 seconds
Template: 0.345678 seconds

• f-string性能最优。
• %操作符次之。
• Template最慢，但安全性最高。

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6. 总结与推荐

方法	适用场景	推荐指数
f-string	Python 3.6+，高性能、简洁	⭐⭐⭐⭐⭐
str.format	Python 2.6+，兼容性好	⭐⭐⭐⭐
%操作符	旧代码维护，简单插值	⭐⭐⭐
Template	用户输入处理，安全性要求高	⭐⭐

推荐使用f-string，除非需要兼容旧版本或处理用户输入。