神奇的 f-strings
在以前的文章我曾經說過，如果學習和在實際生產環境使用 Python 3，版本至少應該從Python3.6開始，版本越高越好。現在是已經是Python 3.7，按計劃Python 3.8今年10月20日也會發布。
為什麼我要強調從 Python 3.6開始呢？我認為在這之前的版本無論是效能和語法完整性都不夠，在Python 3.6時添加了非同步生成器、非同步推導語法，非常實用的Path模組等等，另外一個很重要的是添加了f-strings語法，大家用了就會發現根本停不下來。本文就和大家聊聊這個神奇的 f-strings。
f-string是格式化字串的新語法。與其他格式化方式相比，它們不僅更易讀，更簡潔，不易出錯，而且速度更快！我們首先了解下視覺化字串語法的歷史
1:%-formatting
最早的格式化是用%(百分號), 它這麼用：
In : name = 'Xiaoming' In : 'Hello %s' % name Out: 'Hello Xiaoming'
%符號前面使用一個字串作為模板，模板中有標記格式的佔位符號。佔位符控制著顯示的格式，這裡用的%s
表示格式化成字串，另外常用的是%d
(十進位制整數)、%f
(浮點數)。
格式化語法也可以格式化多個變數，需要把變數用括號括起來：
In : id = 123 In : 'User[%s]: %s' % (id, name) Out: 'User[123]: Xiaoming'
另外也支援使用字典的形式：
In : 'User[%(id)s]: %(name)s' % {'id': 123, 'name': 'Xiaoming'}
Out: 'User[123]: Xiaoming'
這種用法一直到現在仍然被使廣泛使用，但是其實它是一種不被提倡使用的語法(我初Python學習時，
2.str.format()
從 Python 2.6開始，新增了一種格式化字串的函式str.format()
，基本語法是通過{}
和:
來代替以前的%
。format函式支援通過位置、關鍵字、物件屬性和下標等多種方式使用，不僅引數可以不按順序，也可以不用引數或者一個引數使用多次。並且可以通過對要轉換為字串的物件的__format __
方法進行擴充套件。
In : name = 'Xiaoming'
In : 'Hello {}'.format(name)
Out: 'Hello Xiaoming'
通過位置訪問：
In : '{0}, {1}, {2}'.format('a', 'b', 'c')
Out: 'a, b, c'
In : '{2}, {1}, {0}'.format('a', 'b', 'c')
Out: 'c, b, a'
In : '{1}, {1}, {0}'.format('a', 'b', 'c')
Out: 'b, b, a'
通過關鍵字訪問：
In : 'Hello {name}'.format(name='Xiaoming')
Out: 'Hello Xiaoming'
通過物件屬性訪問：
In : from collections import namedtuple
In : p = Point(11, y=22)
In : 'X: {0.x};Y: {0.y}'.format(p)
Out: 'X: 11;Y: 22'
通過下標訪問：
In : coord = (3, 5)
In : 'X: {0[0]};Y: {0[1]}'.format(coord)
Out: 'X: 3;Y: 5
可以感受到format函式極大的擴充套件了格式化功能。但是當處理多個引數和更長的字串時，str.format() 的內容仍然可能非常冗長，除了定義引數變數，需要把這些變數寫進format方法裡面。
3.f-Strings
現在好了，Python 3.6新增了f-strings，這個特性叫做字面量格式化字串
，F字串是開頭有一個f的字串文字，Python會計算其中的用大括號包起來的表示式，並將計算後的值替換進去。
In : name = 'Xiaoming'
In : f'Hello {name}'
Out: 'Hello Xiaoming'
In : f'Hello {name.upper()}'
Out: 'Hello XIAOMING'
In : d = {'id': 123, 'name': 'Xiaoming'}
In : f'User[{d["id"]}]: {d["name"]}'
Out: 'User[123]: Xiaoming'
如果你學過Ruby，ES6，你會非常容易接受這樣的語法。另外在速度上，f-strings是三種方案中最快的：
In : import timeit
In : timeit.timeit("""name = "Xiaoming"
...: 'Hello is %s.' % name""", number = 10000)
Out: 0.0023188740001387487
In : 'Hello is %s.' % name
Out: 'Hello is Xiaoming.'
In : timeit.timeit("""name = "Xiaoming"
...: 'Hello is {}.'.format(name)""", number = 10000)
Out: 0.0038487229999191186
In : timeit.timeit("""name = "Xiaoming"
...: f'Hello is {name}.'""", number = 10000)
Out: 0.0011758640002881293
可以側面感受到，str.format最慢，%s的稍快一點，F-string是最快的！你還有什麼利用不用它？
現在我寫Python 3.6以上的程式碼時，我已經完全不用另外2種格式化用法了。
future-fstrings
通過上面的例子，希望我們有一個共識，就是如果你的專案或者工作中使用的Python版本已經不小於3.6，f-string格式化是首選方式，不僅在保持功能強大的同時語義上更容易理解，而且效能也有較大的提升。但是不巧你用不了Python的f-strings，還有個選擇，就是 future-fstrings 這個專案。它的作者也是pre-commit作者，一個pytest和tox核心開發。
在我個人電腦的Python 2.7 版本上體驗一下：
❯ pip2.7 install future-fstrings
❯ cat test.py
# coding: future_fstrings
name = "Xiaoming"
print(f'Hello is {name}.')
print(f'Hello {name.upper()}')
d = {'id': 123, 'name': 'Xiaoming'}
print(f'User[{d["id"]}]: {d["name"]}')
~/sansa master*
❯ python -V
Python 2.7.15
~/sansa master*
❯ python test.py
Hello is Xiaoming.
Hello XIAOMING
User[123]: Xiaoming
是不是很酷？這個庫的原理值得大家借鑑，我詳細的分析下。
為什麼根本沒有importfuture_fstrings程式碼卻能正常執行？
這是因為在你安裝future_fstrings這個包時，在 site-packages 下新增一個叫做aaaaa_future_fstrings.pth
的檔案。pth檔案是路徑配置檔案，這種檔案本來是為了擴充搜尋模組路徑進sys.path的，也有一些包用它做高階定製。
我們這裡提aaaaa_future_fstrings.pth
在這裡被用來匯入包了。所以CPython直譯器執行時會載入這個pth檔案，然後呼叫其中的future_fstrings.register
方法。
emmm, pth檔案很多同學感覺很陌生，其他它離我們很近，只是作為開發者日常基本不需要關注它。舉一個最常見的例子easy-install.pth
。有時候為了開發方便，安裝包的時候是這樣用的：
❯ git clone https://github.com/dongweiming/aiomcache ❯ cd aiomcache ❯ pip install -e .
這樣你使用的aiomcache，是你本地的版本：
❯ cd ~/test# 切換到其他目錄，防止import本地目錄下的aiomcache模組 ❯ python -c 'import aiomcache; print(aiomcache)' <module 'aiomcache' from '/Users/dongweiming/aiomcache/aiomcache/__init__.py'>
這樣怎麼生效的呢？有些同學會說「嗯，安裝後就放入了site-packages下了唄」，其實不然，你去系統Site包目錄下是找不到，但是呢，sys.path是可以找到的:
❯ python -m site sys.path = [ '/Users/dongweiming/test', '/Users/dongweiming/.venvburrito/lib/python2.7/site-packages', '/Users/dongweiming/vue-admin/venv/lib/python37.zip', '/Users/dongweiming/vue-admin/venv/lib/python3.7', '/Users/dongweiming/vue-admin/venv/lib/python3.7/lib-dynload', '/usr/local/Cellar/python/3.7.2_1/Frameworks/Python.framework/Versions/3.7/lib/python3.7', '/Users/dongweiming/vue-admin/venv/lib/python3.7/site-packages', '/Users/dongweiming/aiomcache', ] USER_BASE: '/Users/dongweiming/.local' (exists) USER_SITE: '/Users/dongweiming/.local/lib/python3.7/site-packages' (exists) ENABLE_USER_SITE: False
可以看到，搜尋的目錄包含了/Users/dongweiming/aiomcache
，所以能找到。這是怎麼生效的呢？其實就是靠上面說的easy-install.pth
：
❯ cat /Users/dongweiming/vue-admin/venv/lib/python3.7/site-packages/easy-install.pth /Users/dongweiming/aiomcache
看到了吧，所以說 pth配置檔案擴充了要搜尋模組的路徑。我們測試下把aiomcache這樣刪掉：
❯ sed -i '' '/aiomcache/d' /Users/dongweiming/vue-admin/venv/lib/python3.7/site-packages/easy-install.pth# Mac下Sed用法
再import，和檢視搜尋目錄就找不到aiomcache 了：
❯ python -c 'import aiomcache; print(aiomcache)' Traceback (most recent call last): File "<string>", line 1, in <module> ModuleNotFoundError: No module named 'aiomcache' ❯ python -m site ... # 忽略輸出，和上面的區別是沒有包含aiomcache的哪一行
這個包實現f-strings的原理是？
奧妙就在# coding: future_fstrings
這一句中，另外一個寫法是# -*- coding: future_fstrings -*-
。
想必大家會想到Python 2裡面的# coding: utf-8
頭了吧，這句註釋用來宣告檔案編碼。這個包巧妙的利用了它, 在呼叫register函式時給 codecs 模組註冊了新的檔案編碼方式，在詞法掃描時把f-strings轉換成format的寫法，上面的例子等價於：
❯ future-fstrings-show test.py
# coding: future_fstrings
name = "Xiaoming"
print('Hello is {}.'.format((name)))
print('Hello {}'.format((name.upper())))
d = {'id': 123, 'name': 'Xiaoming'}
print('User[{}]: {}'.format((d["id"]), (d["name"])))
不過這樣的實現效能肯定比原生的要差很多。大家有興趣的可以嚐個鮮兒~
結束語
在 Python 之禪中有這麼一句：
There should be one-- and preferably only one --obvious way to do it.
也就是「應該提供一種，且最好只提供一種，一目瞭然的解決方案」。雖然f-strings不是唯一可能的格式化字串選擇，但它是最好最正確的那個選擇！！！