8 Python字符串操作

字符串是Python中最常用的数据类型。我们可以使用引号('或")创建字符串。
通常字符串不能进行数学操作,即使看起来像数字也不行。字符串不能进行除法、减法和字符串之间的乘法运算。下面的操作都是非法的。

>>> 'hello'/3
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#83>", line 1, in <module>
    'hello'/3
TypeError: unsupported operand type(s) for /: 'str' and 'int'
>>> 'world'-1
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#84>", line 1, in <module>
    'world'-1
TypeError: unsupported operand type(s) for -: 'str' and 'int'
>>> 'hello'*world
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#85>", line 1, in <module>
    'hello'*world
NameError: name 'world' is not defined
>>> 'hello'-'world'
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#86>", line 1, in <module>
    'hello'-'world'
TypeError: unsupported operand type(s) for -: 'str' and 'str'

字符串可以使用操作符+,但功能和数学中不一样,它会进行拼接(concatenation)操作,即将前后两个字符首尾连接起来。
例如:

>>> string1='hello'
>>> string2='world'
>>> print(string1+string2)
helloworld

输出的字符紧紧挨着,看起来不怎么好看,能不能在两个单词间加一个空格呢?
如果想让字符串之间有空格,就可以建一个空字符变量插在相应的字符串之间,让字符串隔开,或者在字符串中加入相应的空格。交互模式下输入如下:

>>> string1='hello'
>>> string2='world'
>>> space=' '
>>> print(string1+space+string2)
hello world

或者

>>> string1='hello'
>>> string2=' world'
>>> print(string1+string2)
hello world

这些是字符串的一些简单操作,在后续章节中会介绍更多、更实用的字符串操作。
小萌,你有没有发现进行了这么多操作,操作中都没有出现中文,这是怎么回事呢?
是啊,虽说一直用英文操作,在编码时可以学习英文,但很多时候我还是喜欢用中文表达。我们目前没有操作中文,是因为Python不支持中文吗?

Python是支持中文的。正如我们前面所说,字符串也是一种数据类型,但是字符串特殊的是有编码问题。
因为计算机只能处理数字,其实只认识0和1,即二进制。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比特(bit)为一个字节(byte),所以一个字节(8位)能表示的最大整数是255(二进制11111111等于十进制255,简单表示为28-1=255)。如果要表示更大的整数,就必须用更多字节。比如两个字节(16位)可以表示的最大整数是65535(216-1),4个字节(32位)可以表示的最大整数是4294967295 (2**32-1)。

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。例如,大写字母A的编码是65,小写字母z的编码是122。

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。

可以想象,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,就不可避免地出现冲突。结果就是,在多语言混合的文本中就会显示乱码。当时各国对编码问题的感觉如图所示。

令人头疼的字符编码

Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里,这样就不会有乱码问题了。

Unicode标准在不断发展,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。

下面我们来看ASCII编码和Unicode编码的区别:ASCII编码是1个字节,而Unicode编码通常是两个字节。

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。

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。但是写的文本基本上全部是英文时,用Unicode编码比ASCII编码多一倍存储空间,在存储和传输上十分不划算。

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,如表所示。

各种编码方式比较

从表可以发现,UTF-8编码有一个额外的好处,就是ASCII编码实际上可以看成是UTF-8编码的一部分,所以只支持ASCII编码的大量历史遗留软件可以在UTF-8编码下继续工作。

搞清楚ASCII、Unicode和UTF-8的关系后,我们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需要传输时,可以转换为UTF-8编码。

例如,用记事本编辑时,从文件读取的UTF-8字符被转换为Unicode字符到内存;编辑完成后,保存时再把Unicode转换为UTF-8保存到文件,如图所示。

浏览网页时,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,如图2-9所示。

字符转换

服务器、浏览器中的字符串转换

我们经常看到很多网页的源码上有类似<meta charset="UTF-8" />的信息,表示该网页用的UTF-8编码。
在最新的Python 3版本中,字符串是以UTF-8编码的。也就是说,Python 3的字符串支持多语言。比如在交互模式下输入:

>>> print('你好,世界!')
你好,世界!
>>> print('馕齉')
馕齉

可以看到,在Python 3中,简单和复杂的中文字符都可以正确输出。
注意:Python 2中默认的编码格式是ASCII,在没修改编码格式时无法正确输出中文,在读取中文时会报错。Python 2使用中文的语法是在字符串前面加上前缀u。

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