字符串格式化

%格式化

基本语法：模板字符串 % (值1, 值2,...)

模板字符串里的占位符以%+类型说明符表示，具体占位符如下

占位符	含义
%s	字符串
%r	原始调用(repr())
%d	十进制整数
%f	浮点数

%占位符还支持通过格式说明符控制输出格式，语法如下：

%[宽度][.精度][类型]

宽度指定输出字符串的最小长度，不足用空格填充，默认右对齐
精度：对浮点数表示小数位数，对字符串表示最大长度
左对齐：宽度前加-实现左对齐

不好用

str.format()

基本语法与参数

基本语法：模板字符串.format(参数1, 参数2, ..., 关键字参数1=值1, ...)

模板字符串中使用{}占位符在模板中预留位置

位置参数：占位符中可以用数字指定参数索引，或省略按顺序匹配

# 按顺序匹配
print("Name: {}, Age: {}".format("lihua", 18)) 

# 按索引指定（可重复/乱序）
print("Second: {1}, First: {0}, First again: {0}".format("A", "B"))

关键字参数：占位符中也可以直接用关键字参数名

1	print("User: {name}, ID: {id}".format(name="lihua", id=114514))

混合使用：可以混合使用，但是位置参数必须在关键字参数前

1	print("{}: {name} ({age})".format("person", name="lihua", age=18))

格式规范和类型转换

format方法支持通过:在占位符中添加格式规范，语法形如{[名称/索引]:[格式规范]}

对齐和宽度：
- <是左对齐
- >是右对齐
- ^是居中对齐
- 符号后可以添加数字指定对齐后的字符串长度
浮点数精度：{:.位数f}
千位分隔符：{:,}，只适用于数字
类型转换符：{!类型}，指定类型转换，类似于%s或%r，对应字母一样
特定类型格式化：
- 日期：{:%Y-%m-%d %H:%M}
- 百分比：{:.位数%}

嵌套与自定义

可以嵌套列表和字典：

stu = {"name": "lihua", "age": 18}
classes = ["class1", "class2"]

print("Name: {s['name']}, Hobby: {c[0]}".format(s=stu, c=classes))

可以调用对象方法：可以调用无参数的对象方法

1 2	text = "hello world" print("{.upper()}".format((text)))

自定义格式化逻辑：在类中实现__format__方法，可以自定义对象的格式化行为

class Temperature:
    def __init__(self, celsius):
        self.celsius = celsius
    
    # 自定义格式化：支持 'c'（摄氏度）和 'f'（华氏度）
    def __format__(self, format_spec):
        if format_spec == 'f':
            fahrenheit = self.celsius * 9/5 + 32
            return f"{fahrenheit:.1f}°F"
        else:  # 默认摄氏度
            return f"{self.celsius:.1f}°C"

temp = Temperature(25)
print("Temp: {t:c}".format(t=temp))  # 输出：Temp: 25.0°C
print("Temp: {t:f}".format(t=temp))  # 输出：Temp: 77.0°F

f-string

格式化字符字面值，在字符串前加f或F前缀，在字符串中用{}嵌入变量或表达式

它的性能更快，安全性更高

基本语法与格式控制

f"模板字符串, {变量/表达式}会被替换为值"

1
2
3

name = 'lihua'
age = 18
print(f"name: {name}, age: {age}")

格式控制语法：{表达式:格式规范}

与format相同的格式规范

高级特性

f-string 支持在{}中嵌入任意合法的Python表达式，包括函数调用、三目运算等

函数调用：直接在占位符中调用函数

def hello(name):
    return f"hello {name}"
name = 'lihua'
print(f"{hello(name)}")

三目运算：

1 2	score = 80 print(f{'pass' if score>=60 else 'failed'})

嵌套结构访问：

1
2
3

stu = {"name": "lihua", "age": 18}
classes = ["class1", "class2"]
print(f"student: {stu['name']}, class: {class[0]}")

多行f-string：使用三引号支持多行模板

name = 'lihua'
age = 18
score = 80
bio = f"""
student info:
- name: {name}
- age: {age}
- score: {'pass' if score>=60 else 'failed'}
"""

异常处理

Python对异常的表现

当发生异常时，python会生成一个异常对象，包含错误类型、描述和发生位置

若未捕获，程序终止并打印回溯信息（Traceback），显示异常类型和发生位置

常见异常

常见异常类型如下：

异常类型	说明
`SyntaxError`	语法错误
`NameError`	使用了未定义的变量
`TypeError`	操作或函数应用于不适当类型
`ValueError`	参数类型正确，但值不合法
`IndexError`	索引超出序列范围
`KeyError`	字典中不存在指定键
`AttributeError`	对象没有指定属性或方法
`ZeroDivisionError`	除数为 0
`FileNotFoundError`	文件不存在
`IOError` / `OSError`	输入输出操作错误
`ImportError`	导入模块失败
`ModuleNotFoundError`	找不到指定模块
`EOFError`	输入到达文件末尾
`RuntimeError`	一般运行时错误
`MemoryError`	内存不足
`OverflowError`	数值运算结果超出范围
`RecursionError`	递归层数超过限制
`AssertionError`	`assert` 断言失败
`StopIteration`	迭代器没有更多元素
`KeyboardInterrupt`	用户按下 Ctrl+C 中断程序

处理异常的语法

Python使用try-catch语句块捕获并处理异常，结构如下：

try:
    risk_operation()
except 异常类型1:
    # 处理异常1的代码
except 异常类型2 as e:
    # 处理异常2的代码，e是异常对象
else:
    # 无异常时执行的代码(可选)
finally:
    # 无论是否有异常都执行的代码(可选)

获取异常信息

使用as e捕获异常对象，进而提取异常详情

try:
    int('a')
except ValueError as e:
    print("异常类型: ", type(e))
    print("异常描述: ", e)
    print("异常参数: ", e.args)

捕获多个异常

一个try后可以接多个catch，处理不同异常
使用except Exception捕获所有非系统退出类异常

异常的主动触发与传递

主动触发异常

使用raise可以手动触发异常，用于验证合法性或标记未实现的功能

def register(username):
    if len(username) < 3:
        # 主动触发 ValueError
        raise ValueError(f"用户名 '{username}' 太短，至少需要3个字符")
    print(f"'{username}' 注册成功")

try:
    register("ab")  # 长度不足，触发异常
except ValueError as e:

重新抛出异常

捕获异常后，若无法处理，可以用raise重新抛出，让上层代码处理，此时raise不带参数

ef read_data(filename):
    try:
        with open(filename, "r") as f:
            return f.read()
    except FileNotFoundError as e:
        print(f"read_data 函数捕获到错误：{e}")
        raise  # 重新抛出异常，让调用者处理

try:
    data = read_data("nonexist.txt")
except FileNotFoundError as e:
    print(f"主程序处理错误：{e}")

异常的传递

若函数内发生异常且未捕获，异常会向上传递至调用者，直至被捕获或程序崩溃

def f3():
    print("进入f3")
    x = int("abc")    # ValueError
    print("离开f3")

def f2():
    print("进入f2")
    f3()
    print("离开f2")

def f1():
    print("进入f1")
    f2()
    print("离开f1")

try:
    f1()
except ValueError as e:
    print("捕获异常：", e)

结果为：

进入f1
进入f2
进入f3
捕获异常： invalid literal for int() with base 10: 'abc'

如果想要在中间层处理后继续传递，使用raise

自定义异常

定义

当内置异常无法满足要求时，可以继承Exception类自定义异常

# 定义自定义异常（继承 Exception）
class InvalidAgeError(Exception):
    """当年龄不合法时触发的异常"""
    def __init__(self, age, message="年龄必须在 0-120 之间"):
        self.age = age
        self.message = message
        super().__init__(self.message)  # 调用父类构造函数

    # 可选：自定义异常描述
    def __str__(self):
        return f"{self.message}，实际输入：{self.age}"

触发

def check_age(age):
    if not (0 <= age <= 120):
        # 触发自定义异常
        raise InvalidAgeError(age)
    print(f"年龄 {age} 合法")

try:
    check_age(150)  # 超出范围，触发异常
except InvalidAgeError as e:
    print("检查失败：", e)  # 输出：检查失败：年龄必须在 0-120 之间，实际输入：150

继承

自定义异常可以继承，用于创建更细分的异常类型

# 基础异常
class ValidationError(Exception):
    pass

# 细分异常（继承自 ValidationError）
class TooSmallError(ValidationError):
    pass

class TooLargeError(ValidationError):
    pass

def validate_number(n):
    if n < 0:
        raise TooSmallError(f"{n} 不能小于 0")
    if n > 100:
        raise TooLargeError(f"{n} 不能大于 100")
    print(f"{n} 验证通过")

try:
    validate_number(-5)
except TooSmallError as e:
    print("处理过小错误：", e)
except TooLargeError as e:
    print("处理过大错误：", e)
except ValidationError as e:  # 捕获所有子类异常
    print("处理其他验证错误：", e)

文件操作

基础文件操作

open()函数是文件操作的入口，用于打开文件返回文件对象，语法如下：

1	open(file, mode='r', buffering=-1, encoding=None, errors=None, newline=None, closefd=True, opener=None)

file是文件路径，传入字符串或Path对象
mode是打开模式，决定读写权限和文件类型
encoding是文本模式下的编码格式

文件打开模式

只读：r
只写：w
追加：a
读写（保留原内容）：r+
读写（清空原内容）：w+
追加+读：a+

基础操作

需要遵循“打开->操作->关闭”的流程，防止资源泄露

一般使用with语句（即上下文管理器）自动关闭文件，无需手动关闭

# 写入
with open('test.txt', 'w', encoding='utf-8') as f:
    f.write('hello world!\n')
# 读取
with open('test.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
    print(content)

二进制文件

二进制文件需要在操作后加一个b（有加号的在加号前）

1
2
3

with open('test.jpg', 'rb') as src, open('copy.jpg', 'wb') as dst:
    data = src.read()
    dst.write(data)

文件读取方式

方法	功能说明	适用场景
`read()`	无参：读取全部内容；有参 `n`：读取至多 `n` 字节（二进制模式常用）	小文件（一次性处理全文）；二进制大文件分块处理（如网络传输、分片复制）
`readline()`	读取一行内容（含换行符 `\n`），支持指定字节限制 `limit`	按行处理文件（如日志解析、CSV逐行读取）；超大行文件（指定 `limit` 控制内存）
`readlines()`	读取所有行，返回列表（每行作为元素，含换行符 `\n`）	中等大小文件，需按行索引访问（如按行号提取内容）或批量处理所有行
迭代文件对象 (`for line in f`)	自动逐行读取，循环内每次返回一行（含换行符 `\n`），底层调用 `readline()`	大/超大文件（内存友好，无需一次性加载全部内容），仅需顺序处理行数

文件写入方式

方法	功能说明	适用场景
`write(str)`	写入字符串，返回写入的字符数	单次写入一个完整的字符串；需要精确控制写入内容（如构建自定义格式）
`writelines(seq)`	写入字符串序列（列表/元组等），不自动添加换行符	批量写入多个字符串；当序列中的每个元素己包含换行符，或不需要分隔符时
`print(..., file=f)`	用 `print` 函数写入，可自动添加换行符（`end` 参数控制）	快速写入并自动换行；需要灵活控制输出格式（如自定义分隔符、末尾字符）

文件指针

方法/属性	功能说明
`tell()`	返回当前指针位置（字节数）
`seek(offset, whence)`	移动指针到指定位置：`offset` 偏移量（正数向后，负数向前）； `whence` 基准位置（0：文件开头，1：当前位置，2：文件末尾）

e.g.

with open('test.txt', 'w+', encoding='utf-8') as f:
    f.write('0123456789')
    print('写后指针位置：', f.tell()) # 指针此时在文件末尾，输出10
    
    # 从当前位置移动
    f.seek(2,1) # 从当前位置开始计算，移动两位
    print(f.read())
    print(f.tell())
    
    # 从文件末尾移动
    f.seek(-3,2) # 从末尾开始计算，移动三位
    print(f.read())

文件属性和元数据

通过os或pathlib库可以获取文件的元数据

Path()：路径类，可以便捷创建路径
.exists()：判断文件是否存在
.is_file()：判断是否为文件
.is_dir()：判断是否为目录
Path().mkdir(parents=True, exist_ok=True)：创建目录，parents为自动创建上层目录，exist——ok为存在时不报错
.stat().st_size：文件大小（字节）
.stat().st_ctime：创建时间
.stat().st_mtime：最后修改时间

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