Python 字串指南：基礎操作、格式化

在 Python 程式設計中，字串 (string) 是一種極其重要且常用的數據類型。無論是處理用戶輸入、讀寫檔案、網絡通訊，還是數據分析，字串都扮演著不可或缺的角色。這篇文章將帶你深入了解 Python 字串的各個方面，從基本概念到進階操作和格式化技巧。

📜 什麼是 Python 字串？

在 Python 中，字串是由一連串字符組成的序列。你可以使用單引號 (')、雙引號 (") 或三引號 (''' 或 """) 來創建字串。

my_string1 = '你好，世界！'
my_string2 = "Hello, Python!"
my_string3 = """這是一個
跨越多行的
字串。"""
my_string4 = '''這也是一個
跨越多行的
字串。'''

print(my_string1)
print(my_string2)
print(my_string3)
print(my_string4)

一個重要的特性是，Python 中的字串是 不可變的 (immutable)。這意味著一旦字串被創建，它的內容就不能被修改。任何對字串的「修改」操作，實際上都會創建一個新的字串。

✂️ 字串的索引與切片 (Indexing and Slicing)

由於字串是序列，你可以透過索引來存取字串中的個別字符，或透過切片來獲取子字串。

索引 (Indexing)

索引從 0 開始，也可以使用負數索引從字串末尾開始存取。

text = "Python"
print(text[0])   # 輸出: P (第一個字符)
print(text[2])   # 輸出: t
print(text[-1])  # 輸出: n (最後一個字符)
print(text[-2])  # 輸出: o

切片 (Slicing)

切片允許你獲取字串的一部分。語法是 [start:stop:step]。

• start: 開始索引（包含）。
• stop: 結束索引（不包含）。
• step: 步長（可選，預設為 1）。

text = "Hello, World!"
print(text[0:5])    # 輸出: Hello (從索引 0 到 4)
print(text[:5])     # 輸出: Hello (從頭開始到索引 4)
print(text[7:])     # 輸出: World! (從索引 7 到結尾)
print(text[::2])    # 輸出: Hlo ol! (每隔一個字符取一個)
print(text[::-1])   # 輸出: !dlroW ,olleH (反轉字串)

🔗 常見的字串操作

Python 提供了豐富的操作來處理字串。

連接 (Concatenation)

使用 + 運算符可以連接兩個字串。

str1 = "Hello"
str2 = "Python"
result = str1 + ", " + str2 + "!"
print(result)  # 輸出: Hello, Python!

重複

使用 * 運算符可以重複一個字串。

str_repeat = "Ha" * 3
print(str_repeat)  # 輸出: HaHaHa

長度

使用 len() 函數可以獲取字串的長度（字符數量）。

text = "Python is fun"
print(len(text))  # 輸出: 13

成員檢查

使用 in 和 not in 關鍵字可以檢查一個子字串是否存在於某個字串中。

text = "Welcome to Hong Kong"
print("Hong Kong" in text)  # 輸出: True
print("Tokyo" not in text)  # 輸出: True

🛠️ 常用的字串方法

Python 字串對象有許多內建方法，可以執行各種有用的操作。由於字串是不可變的，這些方法通常會返回一個新的字串，而不是修改原始字串。

大小寫轉換

• upper(): 將所有字符轉換為大寫。
• lower(): 將所有字符轉換為小寫。
• capitalize(): 將字串的第一個字符轉換為大寫，其餘字符轉換為小寫。
• title(): 將字串中每個單詞的首字母轉換為大寫。
• swapcase(): 將字串中的大寫字母轉換為小寫，小寫字母轉換為大寫。

text = "hello WORLD"
print(text.upper())       # 輸出: HELLO WORLD
print(text.lower())       # 輸出: hello world
print("python programming".capitalize()) # 輸出: Python programming
print("python programming".title())      # 輸出: Python Programming
print("PyThOn".swapcase())    # 輸出: pYtHoN

查找與取代

• find(substring): 查找子字串，如果找到則返回第一個匹配的起始索引，否則返回 -1。
• rfind(substring): 從右邊開始查找子字串。
• index(substring): 類似 find()，但如果找不到子字串會拋出 ValueError 異常。
• rindex(substring): 類似 rfind()，但如果找不到子字串會拋出 ValueError 異常。
• replace(old, new): 返回一個新字串，其中所有 old 子字串都被 new 子字串取代。
• count(substring): 返回子字串在字串中出現的次數。

text = "She sells seashells by the seashore."
print(text.find("sea"))        # 輸出: 10
print(text.rfind("sea"))       # 輸出: 27 (seashore)
print(text.index("sells"))     # 輸出: 4
# print(text.index("ocean"))   # 這會引發 ValueError

new_text = text.replace("sells", "buys")
print(new_text)              # 輸出: She buys seashells by the seashore.
print(text.count("sh"))      # 輸出: 2

檢查類方法

這些方法通常返回布爾值 (True/False)。

• startswith(prefix): 檢查字串是否以指定的前綴 prefix 開頭。
• endswith(suffix): 檢查字串是否以指定的後綴 suffix 結尾。
• isalpha(): 如果字串中所有字符都是字母且字串不為空，則返回 True。
• isdigit(): 如果字串中所有字符都是數字且字串不為空，則返回 True。
• isalnum(): 如果字串中所有字符都是字母或數字且字串不為空，則返回 True。
• isspace(): 如果字串中所有字符都是空白字符（如空格、tab、換行符）且字串不為空，則返回 True。
• islower(): 如果字串中所有字母字符都是小寫且至少包含一個字母字符，則返回 True。
• isupper(): 如果字串中所有字母字符都是大寫且至少包含一個字母字符，則返回 True。

filename = "document.txt"
print(filename.startswith("doc"))  # 輸出: True
print(filename.endswith(".pdf"))   # 輸出: False

print("Python".isalpha())    # 輸出: True
print("12345".isdigit())     # 輸出: True
print("Python3".isalnum())   # 輸出: True
print("   ".isspace())       # 輸出: True
print("python".islower())    # 輸出: True
print("PYTHON".isupper())    # 輸出: True

清理與分割

• strip(): 移除字串頭尾的空白字符（或指定的字符）。
• lstrip(): 移除字串頭部的空白字符（或指定的字符）。
• rstrip(): 移除字串尾部的空白字符（或指定的字符）。
• split(separator): 以 separator 為分隔符將字串分割成一個列表 (list)。如果未指定 separator，則預設以空白字符分割。
• join(iterable): 將 iterable (例如列表) 中的所有字串元素連接成一個單一的字串，並以調用該方法的字串作為分隔符。

text_with_spaces = "   Hello, Python!   "
print(text_with_spaces.strip())   # 輸出: Hello, Python!
print(text_with_spaces.lstrip())  # 輸出: Hello, Python!
print(text_with_spaces.rstrip())  # 輸出:    Hello, Python!

data = "apple,banana,cherry"
fruits = data.split(',')
print(fruits)  # 輸出: ['apple', 'banana', 'cherry']

words = ["Python", "is", "awesome"]
sentence = " ".join(words)
print(sentence)  # 輸出: Python is awesome

📝 字串格式化

將變數的值嵌入到字串中是一項常見任務。Python 提供了多種字串格式化方法。

1. 百分號 (%) 格式化 (舊式)

這是早期 Python 版本中主要的格式化方法，類似 C 語言的 printf。

name = "Alice"
age = 30
formatted_string = "My name is %s and I am %d years old." % (name, age)
print(formatted_string)  # 輸出: My name is Alice and I am 30 years old.

• %s 用於字串
• %d 用於整數
• %f 用於浮點數

雖然仍然可用，但這種方法在新代碼中已不推薦，因為可讀性和靈活性較差。

2. str.format() 方法 (新式)

這是 Python 2.6+ 引入的更強大和靈活的方法。

name = "Bob"
age = 25
# 通過位置
formatted_string1 = "My name is {} and I am {} years old.".format(name, age)
print(formatted_string1)

# 通過索引
formatted_string2 = "My name is {0} and I am {1} years old. {0} is a good name.".format(name, age)
print(formatted_string2)

# 通過關鍵字參數
formatted_string3 = "My name is {n} and I am {a} years old.".format(n=name, a=age)
print(formatted_string3)

# 格式規範
pi = 3.1415926
formatted_pi = "Pi is approximately {:.2f}".format(pi) # 保留兩位小數
print(formatted_pi) # 輸出: Pi is approximately 3.14

str.format() 提供了更多控制，例如對齊、填充、精度等。

3. f-Strings (格式化字串字面值, Formatted String Literals) (建議使用)

f-Strings 是 Python 3.6+ 引入的，被認為是目前最 Pythonic、最易讀且通常最快的方法。

name = "Charlie"
age = 40
score = 95.5

# 基本用法
formatted_string = f"My name is {name} and I am {age} years old."
print(formatted_string) # 輸出: My name is Charlie and I am 40 years old.

# 可以在 {} 中執行表達式
formatted_string_expr = f"Next year, {name} will be {age + 1} years old."
print(formatted_string_expr) # 輸出: Next year, Charlie will be 41 years old.

# 格式規範
formatted_score = f"{name}'s score is {score:.1f}." # 保留一位小數
print(formatted_score) # 輸出: Charlie's score is 95.5.

# 使用 !r 獲取 repr() 表示, !s 獲取 str() 表示 (預設)
today = "Monday"
print(f"Today is {today!r}.") # 輸出: Today is 'Monday'.

格式化方法比較：

特性	%-formatting	str.format()	f-Strings
簡潔性	中等	較冗長	非常簡潔
可讀性	較差 (尤其多個變數時)	良好	最好
功能性	基本	強大，支援複雜格式化	強大，支援複雜格式化
效能	較慢	比 %-formatting 快，比 f-string 慢	通常最快
Python 版本	所有版本	Python 2.6+	Python 3.6+
推薦度	不推薦用於新代碼	可用，但 f-string 更佳	強烈推薦

對於新項目，強烈建議使用 f-Strings，因為它們更易讀、更簡潔，並且通常效能更好。

⚙️ 特殊字符與原始字串 (Escape Sequences, Raw Strings)

跳脫序列 (Escape Sequences)

在字串中，反斜線 \ 用作跳脫字符，用於表示一些特殊字符：

• \n: 換行符
• \t: Tab 鍵
• \\: 反斜線本身
• \': 單引號
• \": 雙引號

print("Line 1\nLine 2")
# 輸出:
# Line 1
# Line 2

print("Path: C:\\Users\\name") # 輸出: Path: C:\Users\name
print('He said, "Hello!"')    # 輸出: He said, "Hello!"
print("She said, 'Hi!'")      # 輸出: She said, 'Hi!'

原始字串 (Raw Strings)

如果你不希望 \ 被解釋為跳脫字符，可以在字串前加上 r 或 R。這在處理正則表達式或 Windows 文件路徑時非常有用。

# Windows 路徑，使用原始字串
path = r"C:\Users\new_folder\notes.txt"
print(path)  # 輸出: C:\Users\new_folder\notes.txt

# 正則表達式模式
import re
pattern = r"\b[A-Za-z0-9._%+-]+@[A-Za-z0-9.-]+\.[A-Z|a-z]{2,}\b"
print(pattern) # 輸出: \b[A-Za-z0-9._%+-]+@[A-Za-z0-9.-]+\.[A-Z|a-z]{2,}\b

✨ 總結

Python 中的字串功能強大且靈活。掌握其基本概念、常用操作和格式化技巧，將大大提升你的 Python 程式設計效率。記住字串是不可變的，並且優先考慮使用 f-Strings 進行字串格式化。透過不斷練習，你將能熟練地運用 Python 字串解決各種實際問題。

📚 參考資料

• Python Official Documentation - Text Sequence Type — str
• Python Official Documentation - f-strings
• Real Python - Python String Formatting Best Practices
• W3Schools - Python Strings