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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daodan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。
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)。
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)
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。
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?
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
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
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
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)
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。
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
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
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
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。
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
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。
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。