python学习第四天 --字符编码 与格式化及其字符串切片
字符编码 与格式化
第三天已经知道了字符串也是一种数据类型,但是,字符串比较特殊的是还有一个编码问题。
因为计算机只能处理数字,如果要处理文本,就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特(bit)作为一个字节(byte),所以,一个字节能表示的最大的整数就是255(二进制11111111=十进制255),如果要表示更大的整数,就必须用更多的字节。比如两个字节可以表示的最大整数是65535
,4个字节可以表示的最大整数是4294967295
。
由于计算机是美国人发明的,因此,最早只有127个字母被编码到计算机里,也就是大小写英文字母、数字和一些符号,这个编码表被称为ASCII
编码,比如大写字母A
的编码是65
,小写字母z
的编码是122
。
但是要处理中文显然一个字节是不够的,至少需要两个字节,而且还不能和ASCII编码冲突,所以,中国制定了GB2312
编码,用来把中文编进去。
你可以想得到的是,全世界有上百种语言,日本把日文编到Shift_JIS
里,韩国把韩文编到Euc-kr
里,各国有各国的标准,就会不可避免地出现冲突,结果就是,在多语言混合的文本中,显示出来会有乱码。
因此,Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里,这样就不会再有乱码问题了。
Unicode标准也在不断发展,但最常用的是用两个字节表示一个字符(如果要用到非常偏僻的字符,就需要4个字节)。现代操作系统和大多数编程语言都直接支持Unicode。
现在,捋一捋ASCII编码和Unicode编码的区别:ASCII编码是1个字节,而Unicode编码通常是2个字节。
字母A
用ASCII编码是十进制的65
,二进制的01000001
;
字符0
用ASCII编码是十进制的48
,二进制的00110000
,注意字符'0'
和整数0
是不同的;
汉字中
已经超出了ASCII编码的范围,用Unicode编码是十进制的20013
,二进制的01001110 00101101
。
你可以猜测,如果把ASCII编码的A
用Unicode编码,只需要在前面补0就可以,因此,A
的Unicode编码是00000000 01000001
。
新的问题又出现了:如果统一成Unicode编码,乱码问题从此消失了。但是,如果你写的文本基本上全部是英文的话,用Unicode编码比ASCII编码需要多一倍的存储空间,在存储和传输上就十分不划算。
所以,本着节约的精神,又出现了把Unicode编码转化为“可变长编码”的UTF-8
编码。UTF-8编码把一个Unicode字符根据不同的数字大小编码成1-6个字节,常用的英文字母被编码成1个字节,汉字通常是3个字节,只有很生僻的字符才会被编码成4-6个字节。如果你要传输的文本包含大量英文字符,用UTF-8编码就能节省空间:
字符 | ASCII | Unicode | UTF-8 |
---|---|---|---|
A | 01000001 | 00000000 01000001 | 01000001 |
中 | x | 01001110 00101101 | 11100100 10111000 10101101 |
从上面的表格还可以发现,UTF-8编码有一个额外的好处,就是ASCII编码实际上可以被看成是UTF-8编码的一部分,所以,大量只支持ASCII编码的历史遗留软件可以在UTF-8编码下继续工作。
搞清楚了ASCII、Unicode和UTF-8的关系,我们就可以总结一下现在计算机系统通用的字符编码工作方式:
在计算机内存中,统一使用Unicode编码,当需要保存到硬盘或者需要传输的时候,就转换为UTF-8编码。
用记事本编辑的时候,从文件读取的UTF-8字符被转换为Unicode字符到内存里,编辑完成后,保存的时候再把Unicode转换为UTF-8保存到文件:
浏览网页的时候,服务器会把动态生成的Unicode内容转换为UTF-8再传输到浏览器:
所以你看到很多网页的源码上会有类似<meta charset="UTF-8" />
的信息,表示该网页正是用的UTF-8编码。
Python的字符串
搞清楚了令人头疼的字符编码问题后,我们再来研究Python对Unicode的支持。
因为Python的诞生比Unicode标准发布的时间还要早,所以最早的Python只支持ASCII编码,普通的字符串'ABC'
在Python内部都是ASCII编码的。Python提供了ord()和chr()函数,可以把字母和对应的数字相互转换:
>>> ord('A')
65
>>> chr(65)
'A'
Python在后来添加了对Unicode的支持,以Unicode表示的字符串用u'...'
表示,比如:
>>> print u'中文'
中文
>>> u'中'
u'\u4e2d'
写u'中'
和u'\u4e2d'
是一样的,\u
后面是十六进制的Unicode码。因此,u'A'
和u'\u0041'
也是一样的。
两种字符串如何相互转换?字符串'xxx'
虽然是ASCII编码,但也可以看成是UTF-8编码,而u'xxx'
则只能是Unicode编码。
把u'xxx'
转换为UTF-8编码的'xxx'
用encode('utf-8')
方法:
>>> u'ABC'.encode('utf-8')
'ABC'
>>> u'中文'.encode('utf-8')
'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
英文字符转换后表示的UTF-8的值和Unicode值相等(但占用的存储空间不同),而中文字符转换后1个Unicode字符将变为3个UTF-8字符,你看到的\xe4
就是其中一个字节,因为它的值是228
,没有对应的字母可以显示,所以以十六进制显示字节的数值。len()
函数可以返回字符串的长度:
>>> len(u'ABC')
3
>>> len('ABC')
3
>>> len(u'中文')
2
>>> len('\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87')
6
反过来,把UTF-8编码表示的字符串'xxx'
转换为Unicode字符串u'xxx'
用decode('utf-8')
方法:
>>> 'abc'.decode('utf-8')
u'abc'
>>> '\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8')
u'\u4e2d\u6587'
>>> print '\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8')
中文
由于Python源代码也是一个文本文件,所以,当你的源代码中包含中文的时候,在保存源代码时,就需要务必指定保存为UTF-8编码。当Python解释器读取源代码时,为了让它按UTF-8编码读取,我们通常在文件开头写上这两行:
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
第一行注释是为了告诉Linux/OS X系统,这是一个Python可执行程序,Windows系统会忽略这个注释;
第二行注释是为了告诉Python解释器,按照UTF-8编码读取源代码,否则,你在源代码中写的中文输出可能会有乱码。
格式化
如何输出格式化的字符串。我们经常会输出类似'亲爱的xxx你好!你xx月的话费是xx,余额是xx'
之类的字符串,而xxx的内容都是根据变量变化的,所以,需要一种简便的格式化字符串的方式。
在Python中,采用的格式化方式和C语言是一致的,用%
实现,举例如下:
>>> 'Hello, %s' % 'world'
'Hello, world'
>>> 'Hi, %s, you have $%d.' % ('Kevin_liu', 1000000)
'Hi,Kevin_liu, you have $1000000.'
你可能猜到了,%
运算符就是用来格式化字符串的。在字符串内部,%s
表示用字符串替换,%d
表示用整数替换,有几个%?
占位符,后面就跟几个变量或者值,顺序要对应好。如果只有一个%?
,括号可以省略。
常见的占位符有:
%d | 整数 |
%f | 浮点数 |
%s | 字符串 |
%x | 十六进制整数 |
其中,格式化整数和浮点数还可以指定是否补0和整数与小数的位数:
>>> '%2d-%02d' % (3, 1)
' 3-01'
>>> '%.2f' % 3.1415926
'3.14'
如果你不太确定应该用什么,%s
永远起作用,它会把任何数据类型转换为字符串:
>>> 'Age: %s. Gender: %s' % (25, True)
'Age: 25. Gender: True'
对于Unicode字符串,用法完全一样,但最好确保替换的字符串也是Unicode字符串:
>>> u'Hi, %s' % u'kevin liu'
u'Hi, kevin liu'
有些时候,字符串里面的%
是一个普通字符怎么办?这个时候就需要转义,用%%
来表示一个%(进行转义)
:
>>> 'growth rate: %d %%' % 7
'growth rate: 7 %'
小结
由于历史遗留问题,Python 2.x版本虽然支持Unicode,但在语法上需要'xxx'
和u'xxx'
两种字符串表示方式。
Python当然也支持其他编码方式,比如把Unicode编码成GB2312:
>>> u'中文'.encode('gb2312')
'\xd6\xd0\xce\xc4'
但这种方式纯属自找麻烦,如果没有特殊业务要求,请牢记仅使用Unicode和UTF-8这两种编码方式。
在Python 3.x版本中,把'xxx'
和u'xxx'
统一成Unicode编码,即写不写前缀u
都是一样的,而以字节形式表示的字符串则必须加上b
前缀:b'xxx'
。
格式化字符串的时候,可以用Python的交互式命令行测试,方便快捷。
字符串切片
字符串 'xxx'和 Unicode字符串 u'xxx'也可以看成是一种list,每个元素就是一个字符。
因此,字符串也可以用切片操作,只是操作得到的结果仍是字符串:
直接上代码:
>>> a = ''
>>> print a[:3]
123
//解析:a[:3]看成a[0:3]从索引0开始取3个元素
>>> print a[-3:]
456
//解析:a[-3:]从索引-3开始到末尾取元素
>>> print a[::2]
135
//解析:a[::2]从索引0开始到末尾每隔2个元素取元素
可能目前大家对这一块比较陌生,可以直接先跳过。在下一章讲解 List 和 tuple的时候,会详细讲切片操作。
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