Python中格式化输出字符串使用format()函数用法

《Python中格式化输出字符串使用format()函数用法》

在Python编程中，字符串格式化是处理文本输出的核心技能之一。无论是生成动态报告、构建用户交互界面，还是处理日志记录，都需要将变量值嵌入到固定结构的字符串中。虽然早期版本中%操作符（类似C语言的printf）被广泛使用，但自Python 2.6引入的format()方法凭借更强的灵活性和可读性，逐渐成为主流选择。本文将系统讲解format()函数的用法，涵盖基础语法、位置参数、关键字参数、数字格式化、容器数据访问等核心场景，并通过大量实例帮助读者深入理解。

一、format()函数基础语法

format()方法的基本结构为：字符串对象.format(参数1, 参数2, ...)。其核心机制是在字符串中通过{}占位符标记插入位置，运行时这些占位符会被format()的参数按顺序替换。

# 基础示例
name = "Alice"
age = 25
message = "姓名：{}，年龄：{}".format(name, age)
print(message)  # 输出：姓名：Alice，年龄：25

这种写法相比%操作符（如"姓名：%s，年龄：%d" % (name, age)）更直观，尤其是当需要混合多种数据类型时，无需记忆类型转换符。

二、位置参数与索引

默认情况下，format()的参数按顺序填充占位符，但可通过数字索引显式指定参数位置，实现灵活的排列组合。

# 显式索引示例
text = "{1}喜欢{0}，但{0}不喜欢{1}".format("苹果", "小明")
print(text)  # 输出：小明喜欢苹果，但苹果不喜欢小明

索引从0开始，可重复使用同一参数：

# 重复使用参数
square = "边长为{0}的正方形面积是{0}*{0}={1}".format(5, 25)
print(square)  # 输出：边长为5的正方形面积是5*5=25

这种特性在构建复杂模板时非常有用，例如生成数学公式或法律条款。

三、关键字参数

通过命名占位符，可进一步提升代码可读性，尤其适用于参数较多的场景。

# 关键字参数示例
person = "{name}的邮箱是{email}，电话是{phone}".format(
    name="张三",
    email="zhangsan@example.com",
    phone="13800138000"
)
print(person)
# 输出：张三的邮箱是zhangsan@example.com，电话是13800138000

关键字参数的优势在于：

• 参数顺序可任意排列
• 修改参数名时无需调整占位符顺序
• 适合处理配置类数据

四、数字格式化

format()对数字格式化的支持极为强大，涵盖对齐、精度控制、千位分隔符等常见需求。

1. 浮点数精度控制

# 保留两位小数
pi = "圆周率近似值：{:.2f}".format(3.1415926)
print(pi)  # 输出：圆周率近似值：3.14

格式说明符.2f中：

• . 表示小数点
• 2 表示保留两位
• f 表示浮点数

2. 千位分隔符

# 添加千位分隔符
population = "北京市人口：{:,}人".format(21710000)
print(population)  # 输出：北京市人口：21,710,000人

3. 百分比格式

# 转换为百分比
rate = "通过率：{:.1%}".format(0.756)
print(rate)  # 输出：通过率：75.6%

4. 对齐与填充

通过^、指定对齐方式，配合宽度和填充字符实现表格化输出：

# 表格对齐示例
data = [
    ("苹果", 5.2, 3),
    ("香蕉", 3.8, 5),
    ("橙子", 4.5, 2)
]

print("{:8.2f}{:>10}".format("水果", "单价", "数量"))
for fruit, price, quantity in data:
    print("{:8.2f}{:>10}".format(fruit, price, quantity))

# 输出：
# 水果          单价      数量
# 苹果         5.20         3
# 香蕉         3.80         5
# 橙子         4.50         2

五、容器数据访问

format()可直接访问列表、字典等容器中的元素，简化复杂数据结构的处理。

1. 列表索引访问

# 访问列表元素
colors = ["红", "绿", "蓝"]
msg = "RGB值：{0[0]}、{0[1]}、{0[2]}".format(colors)
print(msg)  # 输出：RGB值：红、绿、蓝

2. 字典键访问

# 访问字典键值
user = {"name": "李四", "age": 30, "city": "上海"}
info = "用户{name}，{age}岁，来自{city}".format(**user)
print(info)  # 输出：用户李四，30岁，来自上海

注意此处使用**user解包字典，等价于name=user["name"], age=user["age"]...

3. 对象属性访问

结合__dict__或property可格式化自定义对象：

class Product:
    def __init__(self, name, price):
        self.name = name
        self.price = price

p = Product("笔记本电脑", 5999)
desc = "{0.name}，售价{0.price:.2f}元".format(p)
print(desc)  # 输出：笔记本电脑，售价5999.00元

六、日期时间格式化

通过datetime模块与format()结合，可轻松生成格式化的日期字符串：

from datetime import datetime

now = datetime.now()
formatted = "当前时间：{:%Y-%m-%d %H:%M:%S}".format(now)
print(formatted)  # 输出类似：当前时间：2023-05-15 14:30:45

常用日期格式符：

• %Y：四位年份
• %m：两位月份
• %d：两位日期
• %H：24小时制小时
• %M：分钟
• %S：秒

七、高级特性

1. 格式化字符串字面值（f-string，Python 3.6+）

虽然本文聚焦format()，但需提及f-string作为更现代的替代方案：

name = "王五"
age = 28
# 使用f-string
print(f"{name}的年龄是{age}岁")  # 输出：王五的年龄是28岁

f-string在简单场景下更简洁，但format()在需要动态生成模板或兼容旧版本时仍具优势。

2. 自定义格式化类

通过实现__format__方法，可为自定义类定义专属格式化规则：

class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
    
    def __format__(self, format_spec):
        if format_spec == "polar":
            import math
            r = math.sqrt(self.x**2 + self.y**2)
            theta = math.atan2(self.y, self.x)
            return f"极坐标表示：r={r:.2f}, θ={theta:.2f}弧度"
        else:
            return f"直角坐标：({self.x}, {self.y})"

v = Vector(3, 4)
print("{:polar}".format(v))
# 输出：极坐标表示：r=5.00, θ=0.93弧度

八、实际应用案例

1. 生成HTML表格

employees = [
    {"id": 101, "name": "赵六", "salary": 8500},
    {"id": 102, "name": "钱七", "salary": 12000},
    {"id": 103, "name": "孙八", "salary": 7500}
]

html = """

    {}

    

ID
姓名
薪资

""".format(
    "\n".join(
        "
{id}
{name}
{salary:.2f}
".format(**emp)
        for emp in employees
    )
)

print(html)

2. 多语言国际化

结合字典存储不同语言的模板：

messages = {
    "en": {
        "welcome": "Welcome, {name}! Today is {date:%A}."
    },
    "zh": {
        "welcome": "欢迎，{name}！今天是{date:%A}。"
    }
}

from datetime import datetime
lang = "zh"
name = "周九"
date = datetime.now()

print(messages[lang]["welcome"].format(name=name, date=date))
# 输出类似：欢迎，周九！今天是Monday。

九、性能对比与选择建议

在简单场景下，三种字符串格式化方式的性能差异可忽略不计（测试10万次格式化操作）：

• %操作符：约0.12秒
• format()：约0.15秒
• f-string：约0.08秒

选择建议：

• Python 3.6+优先使用f-string（最简洁）
• 需要动态模板或兼容旧版本时使用format()
• 遗留代码维护时可能遇到%操作符

十、常见错误与调试技巧

1. 参数数量不匹配

# 错误示例
try:
    "{} {}".format("A")  # 缺少一个参数
except IndexError as e:
    print("错误：", e)  # 输出：错误： Replacement index 1 out of range for positional args tuple

2. 关键字参数重复

# 错误示例
try:
    "{name} {name}".format(name="A", name="B")  # 重复关键字
except TypeError as e:
    print("错误：", e)  # 输出：错误： format() got multiple values for argument 'name'

3. 调试技巧

使用repr()显示变量内容辅助调试：

data = {"key": "value"}
print(repr("{{key}}".format(**data)))  # 输出：'value'
# 双大括号{{}}表示字面量{

关键词：Python字符串格式化、format()函数、位置参数、关键字参数、数字格式化、容器数据访问、日期时间格式化、f-string、多语言国际化

简介：本文全面解析Python中format()函数的用法，涵盖基础语法、位置与关键字参数、数字格式化、容器数据访问、日期处理等核心场景，通过大量实例演示其在表格生成、多语言支持等实际场景中的应用，并对比f-string等替代方案，提供性能分析与选择建议。