从零开始学Python：第九课-常用数据结构之字符串

快来打我* 2023-10-07 14:10 5阅读 0赞

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。

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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。

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#### 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：

![从零开始学Python：第九课-常用数据结构之字符串][Python_- 1]

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。

![1ca8471e89b7418ca2ca5cc200a857f3.png][]

#### 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。

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