第二次世界大战促使了现代电子计算机的诞生,世界上的第一台通用电子计算机叫ENIAC(电子数值积分计算机),诞生于美国的宾夕法尼亚大学,占地167平米,重量27吨,每秒钟大约能够完成约5000次浮点运算,如下图所示。ENIAC诞生之后被应用于导弹弹道的计算,而数值计算也是现代电子计算机最为重要的一项功能。

随着时间的推移,虽然数值运算仍然是计算机日常工作中最为重要的组成部分,但是今天的计算机还要处理大量的以文本形式存在的信息。如果我们希望通过Python程序来操作本这些文本信息,就必须要先了解字符串这种数据类型以及与它相关的知识。

字符串的定义

所谓字符串,就是由零个或多个字符组成的有限序列,一般记为:

在Python程序中,如果我们把单个或多个字符用单引号或者双引号包围起来,就可以表示一个字符串。字符串中的字符可以是特殊符号、英文字母、中文字符、日文的平假名或片假名、希腊字母、Emoji字符等。

s1 = 'hello, world!'

s2 = "你好,世界!"

print(s1, s2)

# 以三个双引号或单引号开头的字符串可以折行

s3 = '''hello,world!'''

print(s3, end='')提示:print函数中的end=''表示输出后不换行,即将默认的结束符\n(换行符)更换为''(空字符)。

转义字符和原始字符串

可以在字符串中使用\(反斜杠)来表示转义,也就是说\后面的字符不再是它原来的意义,例如:\n不是代表反斜杠和字符n,而是表示换行;\t也不是代表反斜杠和字符t,而是表示制表符。所以如果字符串本身又包含了'、"、\这些特殊的字符,必须要通过\进行转义处理。例如需要一个带单引号或反斜杠的字符串,可以用如下所示的方法进行处理。

# 头尾带单引号的hello, world!

s1 = '\'hello, world!\''

print(s1)

# 头尾带反斜杠的hello, world!

s2 = '\\hello, world!\\'

print(s2)

Python中的字符串可以r或R开头,这种字符串被称为原始字符串,意思是字符串中的每个字符都是它本来的含义,没有所谓的转义字符。例如,在字符串'hello\n'中,\n表示换行;而在r'hello\n'中,\n不再表示换行,就是反斜杠和字符n。大家可以运行下面的代码,看看会输出什么。

# 字符串s1中\t是制表符,\n是换行符

s1 = '\time up\now'

print(s1)

# 字符串s2中没有转义字符,每个字符都是原始含义

s2 = r'\time up \now'

print(s2)

Python中还允许在\后面还可以跟一个八进制或者十六进制数来表示字符,例如\141和\x61都代表小写字母a,前者是八进制的表示法,后者是十六进制的表示法。另外一种表示字符的方式是在\u后面跟Unicode字符编码,例如\u9a86\u660a代表的是中文“骆昊”。运行下面的代码,看看输出了什么。

s1 = '\141\142\143\x61\x62\x63'

s2 = '\u9a86\u660a'

print(s1, s2)

字符串的运算

Python为字符串类型提供了非常丰富的运算符,我们可以使用+运算符来实现字符串的拼接,可以使用*运算符来重复一个字符串的内容,可以使用in和not in来判断一个字符串是否包含另外一个字符串,我们也可以用[]和[:]运算符从字符串取出某个字符或某些字符。

拼接和重复

下面的例子演示了使用+和*运算符来实现字符串的拼接和重复操作。

s1 = 'hello' + ' ' + 'world'

print(s1) # hello world

s2 = '!' * 3

print(s2) # !!!

s1 += s2 # s1 = s1 + s2

print(s1) # hello world!!!

s1 *= 2 # s1 = s1 * 2

print(s1) # hello world!!!hello world!!!

用*实现字符串的重复是非常有意思的一个运算符,在很多编程语言中,要表示一个有10个a的字符串,你只能写成"aaaaaaaaaa",但是在Python中,你可以写成'a' * 10。你可能觉得"aaaaaaaaaa"这种写法也没有什么不方便的,那么想一想,如果字符a要重复100次或者1000次又会如何呢?

比较运算

对于两个字符串类型的变量,可以直接使用比较运算符比较两个字符串的相等性或大小。需要说明的是,因为字符串在计算机内存中也是以二进制形式存在的,那么字符串的大小比较比的是每个字符对应的编码的大小。例如A的编码是65, 而a的编码是97,所以'A' < 'a'的结果相当于就是65 < 97的结果,很显然是True;而'boy' < 'bad',因为第一个字符都是'b'比不出大小,所以实际比较的是第二个字符的大小,显然'o' < 'a'的结果是False,所以'boy' < 'bad'的结果也是False。如果不清楚两个字符对应的编码到底是多少,可以使用ord函数来获得,例如ord('A')的值是65,而ord('昊')的值是26122。下面的代码为大家展示了字符串的比较运算。

s1 = 'a whole new world'

s2 = 'hello world'

print(s1 == s2, s1 < s2) # False True

print(s2 == 'hello world') # True

print(s2 == 'Hello world') # False

print(s2 != 'Hello world') # True

s3 = '骆昊'

print(ord('骆'), ord('昊')) # 39558 26122

s4 = '王大锤'

print(ord('王'), ord('大'), ord('锤')) # 29579 22823 38180

print(s3 > s4, s3 <= s4) # True False

需要强调一下的是,字符串的比较运算比较的是字符串的内容,Python中还有一个is运算符(身份运算符),如果用is来比较两个字符串,它比较的是两个变量对应的字符串是否在内存中相同的位置(内存地址),简单的说就是两个变量是否对应内存中的同一个字符串。看看下面的代码就比较清楚is运算符的作用了。

s1 = 'hello world'

s2 = 'hello world'

s3 = s2

# 比较字符串的内容

print(s1 == s2, s2 == s3) # True True

# 比较字符串的内存地址

print(s1 is s2, s2 is s3) # False True

成员运算

Python中可以用in和not in判断一个字符串中是否存在另外一个字符或字符串,in和not in运算通常称为成员运算,会产生布尔值True或False,代码如下所示。

s1 = 'hello, world'

print('wo' in s1) # True

s2 = 'goodbye'

print(s2 in s1) # False

获取字符串长度

获取字符串长度没有直接的运算符,而是使用内置函数len,我们在上节课的提到过这个内置函数,代码如下所示。

s1 = 'hello, world'

print(len(s1)) # 12

print(len('goodbye, world')) # 14

索引和切片

如果希望从字符串中取出某个字符,我们可以对字符串进行索引运算,运算符是[n],其中n是一个整数,假设字符串的长度为N,那么n可以是从0到N-1的整数,其中0是字符串中第一个字符的索引,而N-1是字符串中最后一个字符的索引,通常称之为正向索引;在Python中,字符串的索引也可以是从-1到-N的整数,其中-1是最后一个字符的索引,而-N则是第一个字符的索引,通常称之为负向索引。注意,因为字符串是不可变类型,所以不能通过索引运算修改字符串中的字符。

s1 = 'abc123456'

N = len(s1)

# 获取第一个字符

print(s1[0], s1[-N]) # a a

# 获取最后一个字符

print(s1[N-1], s1[-1]) # 6 6

# 获取索引为2或-7的字符

print(s1[2], s1[-7]) # c c

# 获取索引为5和-4的字符

print(s1[5], s1[-4]) # 3 3

需要提醒大家注意的是,在进行索引操作时,如果索引越界(正向索引不在0到N-1范围,负向索引不在-1到-N范围),会引发IndexError异常,错误提示信息为:string index out of range(字符串索引超出范围)。

如果要从字符串中取出多个字符,我们可以对字符串进行切片,运算符是[i:j:k],其中i是开始索引,索引对应的字符可以取到;j是结束索引,索引对应的字符不能取到;k是步长,默认值为1,表示从前向后获取相邻字符的连续切片,所以:k部分可以省略。假设字符串的长度为N,当k > 0时表示正向切片(从前向后获取字符),如果没有给出i和j的值,则i的默认值是0,j的默认值是N;当k < 0时表示负向切片(从后向前获取字符),如果没有给出i和j的值,则i的默认值是-1,j的默认值是-N - 1。如果不理解,直接看下面的例子,记住第一个字符的索引是0或-N,最后一个字符的索引是N-1或-1就行了。

s1 = 'abc123456'

# i=2, j=5, k=1的正向切片操作

print(s1[2:5]) # c12

# i=-7, j=-4, k=1的正向切片操作

print(s1[-7:-4]) # c12

# i=2, j=9, k=1的正向切片操作

print(s1[2:]) # c123456

# i=-7, j=9, k=1的正向切片操作

print(s1[-7:]) # c123456

# i=2, j=9, k=2的正向切片操作

print(s1[2::2]) # c246

# i=-7, j=9, k=2的正向切片操作

print(s1[-7::2]) # c246

# i=0, j=9, k=2的正向切片操作

print(s1[::2]) # ac246

# i=1, j=-1, k=2的正向切片操作

print(s1[1:-1:2]) # b135

# i=7, j=1, k=-1的负向切片操作

print(s1[7:1:-1]) # 54321c

# i=-2, j=-8, k=-1的负向切片操作

print(s1[-2:-8:-1]) # 54321c

# i=7, j=-10, k=-1的负向切片操作

print(s1[7::-1]) # 54321cba

# i=-1, j=1, k=-1的负向切片操作

print(s1[:1:-1]) # 654321c

# i=0, j=9, k=1的正向切片

print(s1[:]) # abc123456

# i=0, j=9, k=2的正向切片

print(s1[::2]) # ac246

# i=-1, j=-10, k=-1的负向切片

print(s1[::-1]) # 654321cba

# i=-1, j=-10, k=-2的负向切片

print(s1[::-2]) # 642ca

循环遍历

如果希望从字符串中取出每个字符,可以使用for循环对字符串进行遍历,有两种方式。

方式一:

s1 = 'hello'

for index in range(len(s1)):

print(s1[index])

方式二:

s1 = 'hello'

for ch in s1:

print(ch)

字符串的方法

在Python中,我们可以通过字符串类型自带的方法对字符串进行操作和处理,对于一个字符串类型的变量,我们可以用变量名.方法名()的方式来调用它的方法。所谓方法其实就是跟某个类型的变量绑定的函数,后面我们讲面向对象编程的时候还会对这一概念详加说明。

大小写相关操作

下面的代码演示了和字符串大小写变换相关的方法。

s1 = 'hello, world!'

# 使用capitalize方法获得字符串首字母大写后的字符串

print(s1.capitalize()) # Hello, world!

# 使用title方法获得字符串每个单词首字母大写后的字符串

print(s1.title()) # Hello, World!

# 使用upper方法获得字符串大写后的字符串

print(s1.upper()) # HELLO, WORLD!

s2 = 'GOODBYE'

# 使用lower方法获得字符串小写后的字符串

print(s2.lower()) # goodbye

查找操作

如果想在一个字符串中查找有没有另外一个字符串,可以使用字符串的find或index方法。

s1 = 'hello, world!'

# find方法从字符串中查找另一个字符串所在的位置

# 找到了返回字符串中另一个字符串首字符的索引

print(s1.find('or')) # 8

# 找不到返回-1

print(s1.find('shit')) # -1

# index方法与find方法类似

# 找到了返回字符串中另一个字符串首字符的索引

print(s1.index('or')) # 8

# 找不到引发异常

print(s1.index('shit')) # ValueError: substring not found

在使用find和index方法时还可以通过方法的参数来指定查找的范围,也就是查找不必从索引为0的位置开始。find和index方法还有逆向查找(从后向前查找)的版本,分别是rfind和rindex,代码如下所示。

s = 'hello good world!'

# 从前向后查找字符o出现的位置(相当于第一次出现)

print(s.find('o')) # 4

# 从索引为5的位置开始查找字符o出现的位置

print(s.find('o', 5)) # 7

# 从后向前查找字符o出现的位置(相当于最后一次出现)

print(s.rfind('o')) # 12

性质判断

可以通过字符串的startswith、endswith来判断字符串是否以某个字符串开头和结尾;还可以用is开头的方法判断字符串的特征,这些方法都返回布尔值,代码如下所示。

s1 = 'hello, world!'

# startwith方法检查字符串是否以指定的字符串开头返回布尔值

print(s1.startswith('He')) # False

print(s1.startswith('hel')) # True

# endswith方法检查字符串是否以指定的字符串结尾返回布尔值

print(s1.endswith('!')) # True

s2 = 'abc123456'

# isdigit方法检查字符串是否由数字构成返回布尔值

print(s2.isdigit()) # False

# isalpha方法检查字符串是否以字母构成返回布尔值

print(s2.isalpha()) # False

# isalnum方法检查字符串是否以数字和字母构成返回布尔值

print(s2.isalnum()) # True

格式化字符串

在Python中,字符串类型可以通过center、ljust、rjust方法做居中、左对齐和右对齐的处理。

s1 = 'hello, world'

# center方法以宽度20将字符串居中并在两侧填充*

print(s1.center(20, '*')) # ****hello, world****

# rjust方法以宽度20将字符串右对齐并在左侧填充空格

print(s1.rjust(20)) # hello, world

# ljust方法以宽度20将字符串左对齐并在右侧填充~

print(s1.ljust(20, '~')) # hello, world~~~~~~~~

我们之前讲过,在用print函数输出字符串时,可以用下面的方式对字符串进行格式化。

a = 321

b = 123

print('%d*%d=%d' % (a, b, a * b))

当然,我们也可以用字符串的方法来完成字符串的格式,代码如下所示。

a = 321

b = 123

print('{0} * {1} = {2}'.format(a, b, a * b))

从Python 3.6开始,格式化字符串还有更为简洁的书写方式,就是在字符串前加上f来格式化字符串,在这种以f打头的字符串中,{变量名}是一个占位符,会被变量对应的值将其替换掉,代码如下所示。

a = 321

b = 123

print(f'{a} * {b} = {a * b}')

如果需要进一步控制格式化语法中变量值的形式,可以参照下面的表格来进行字符串格式化操作。

修剪操作

字符串的strip方法可以帮我们获得将原字符串修剪掉左右两端空格之后的字符串。这个方法非常有实用价值,通常用来将用户输入中因为不小心键入的头尾空格去掉,strip方法还有lstrip和rstrip两个版本,相信从名字大家已经猜出来这两个方法是做什么用的。

s1 = ' jackfrued@126.com\t\r\n'

# strip方法获得字符串修剪左右两侧空格之后的字符串

print(s1.strip()) # jackfrued@126.com

其他方法

除了上面讲到的方法外,字符串类型还有很多方法,如拆分、合并、编码、解码等,这些方法等我们用到的时候再为大家进行续点讲解。对于字符串类型来说,还有一个常用的操作是对字符串进行匹配检查,即检查字符串是否满足某种特定的模式。例如,一个网站对用户注册信息中用户名和邮箱的检查,就属于模式匹配检查。实现模式匹配检查的工具叫做正则表达式,Python语言通过标准库中的re模块提供了对正则表达式的支持,我们会在后续的课程中为大家讲解这个知识点。

简单的总结

知道如何表示和操作字符串对程序员来说是非常重要的,因为我们需要处理文本信息,Python中操作字符串可以用拼接、切片等运算符,也可以使用字符串类型的方法。温馨提示:大家如果觉得这个专栏还不错,一定记得点赞收藏哟!

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