Python 字串 (str) 型別詳解：操作、方法、格式化與應用

在 Python 程式設計中，字串 (str) 是一種用於表示文字資料的序列型別。本文將深入探討 Python 字串的各個方面，包括定義、表示方式、基本操作、常用方法、字串格式化，以及實際應用。

什麼是字串 (str)？

字串是由零個或多個字元組成的序列。在 Python 中，字串屬於 str 型別，並且是不可變的 (immutable)，這意味著一旦建立後，就不能修改其內容 (但可以透過操作建立新的字串)。

字串的表示方式

Python 中有多種方式可以表示字串：

• 單引號 ('): 'Hello, world!'
• 雙引號 ("): "Hello, world!"
• 三引號 (''' 或 """): 用於表示多行字串，或字串內需同時包含單引號和雙引號的場景。

# 單引號
s1 = 'Hello, Python!'

# 雙引號
s2 = "Hello, Python!"

# 三引號 (多行字串)
s3 = '''This is a
multi-line string.'''

# 三引號 (包含引號)
s4 = """This string contains 'single quotes' and "double quotes"."""

print(type(s1)) # 輸出: <class 'str'>

使用建議: 單引號和雙引號功能上完全相同，可互換使用，但建議在同一個專案中保持一致的風格。當字串本身需要包含引號時（例如 "I'm a student"），交錯使用引號可以避免使用跳脫字元。三引號則非常適合用於多行文字或撰寫文件字串 (docstrings)。

字串的基本操作

作為序列型別，字串支援豐富的操作：

• 拼接 (+): 將兩個或多個字串連接起來。
• 重複 (*): 將字串重複多次。
• 索引 ([]): 存取字串中的特定字元 (索引從 0 開始)。
• 切片 ([start:end:step]): 提取字串的一部分。
• 計算長度 (len()): 取得字串的長度 (字元數)。

s1 = "Hello"
s2 = "World"

# 拼接
s3 = s1 + " " + s2
print(s3)  # 輸出: Hello World

# 重複
s4 = s1 * 3
print(s4)  # 輸出: HelloHelloHello

# 索引
print(s1[0])   # 輸出: H (第一個字元)
print(s1[-1])  # 輸出: o (負數索引表示從後面數)

# 切片
print(s1[1:4])   # 輸出: ell (從索引 1 到 4 (不含 4))
print(s1[::2])   # 輸出: Hlo (從頭到尾，每隔 2 個字元取一個)
print(s1[::-1])  # 輸出: olleH (反轉字串)

# 長度
print(len(s1)) # 輸出: 5

字串的常用方法

Python 的字串物件提供了許多內建方法，可以方便地進行各種字串處理：

• .lower(), .upper(): 轉換為小寫/大寫。
• .strip(), .lstrip(), .rstrip(): 去除頭尾的空白 (或指定字元)。
• .startswith(prefix), .endswith(suffix): 檢查是否以指定字串開頭/結尾。
• .find(sub), .index(sub): 尋找子字串 (找不到時，find 返回 -1，index 引發錯誤)。
• .replace(old, new): 替換子字串。
• .split(sep): 以指定分隔符號分割字串，返回一個串列。
• .join(iterable): 將一個可迭代物件 (例如串列) 中的字串用當前字串當作分隔符連接起來。
• .count(sub): 計算指定子字串出現的次數。

text = "   Hello, World!   "

print(text.lower())           # 輸出:    hello, world!   
print(text.upper())           # 輸出:    HELLO, WORLD!   
print(text.strip())           # 輸出: Hello, World!
print(text.startswith("   H"))# 輸出: True
print(text.find("World"))       # 輸出: 10
print(text.replace("Hello", "Hi"))  # 輸出:    Hi, World!   
print(text.strip().split(","))# 輸出: ['Hello', ' World!']
print(text.count('l'))        # 輸出: 3

words = ['This', 'is', 'a', 'sentence']
print(' '.join(words))        # 輸出: This is a sentence

字串格式化

將變數的值插入到字串中的過程，稱為字串格式化。Python 提供了多種字串格式化方法，其中 f-string 是最被推薦的方式。

最現代、最簡潔的方式，在字串前加上 f 或 F，並在字串中使用大括號 {} 插入變數或表達式。

name = "Alice"
age = 30
message = f"My name is {name} and I am {age} years old."
print(message)

使用 {} 作為佔位符，並在 .format() 方法中傳入對應的值。

name = "Alice"
age = 30
message = "My name is {} and I am {} years old.".format(name, age)
print(message)

使用 %s (字串)、%d (整數)、%f (浮點數) 等格式化符號，並在 % 後面傳入對應的值 (類似 C 語言的 printf)。

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

字串的應用

字串是程式設計中應用最廣泛的資料型別之一：

• 文字處理： 文件分析、自然語言處理 (NLP)、網頁爬蟲資料提取等。
• 資料輸入/輸出： 格式化輸出、解析使用者輸入或檔案內容。
• 使用者介面： 在應用程式中顯示訊息、提示、錯誤等。
• 網路程式設計： 傳輸和處理 HTTP 請求、API 回應等文字資料。