Python 課程 – 資料結構：字串（str）

主題：字串方法（split, join, strip, replace, find, format, f‑string）

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簡介

在 Python 中，字串是最常見的資料型別之一，幾乎每一個程式都會與文字資料打交道。
無論是讀取檔案、解析網路回傳的 JSON、或是產生使用者介面的訊息，都離不開對字串的切割、合併、清理與格式化。

因此，熟練掌握 Python 內建的字串方法，不僅能讓程式碼更簡潔、可讀，還能大幅提升開發效率與除錯的便利性。本文將針對 split、join、strip、replace、find、format 與 f‑string 這七個最常用的字串操作，逐一說明概念、提供實作範例，並討論常見陷阱與最佳實踐，讓讀者能在實務專案中即學即用。

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核心概念

1. split() – 把字串切成列表

split(sep=None, maxsplit=-1) 會依照 分隔符（sep）將字串切割成多個子字串，回傳 list。

• sep 為 None 時，會以任意連續的空白字元（空格、換行、Tab）為分界。
• maxsplit 限制切割次數，超過的部分會保留在最後一個元素中。

# 範例 1：以空白切割
sentence = "Python 是一個易學且功能強大的語言"
words = sentence.split()
print(words)   # ['Python', '是', '一個易學且功能強大的語言']

# 範例 2：指定分隔符
data = "2023-11-20,台北,100"
date, city, value = data.split(',')
print(date, city, value)   # 2023-11-20 台北 100

# 範例 3：限制切割次數
path = "/usr/local/bin/python"
parts = path.split('/', maxsplit=2)
print(parts)   # ['', 'usr', 'local/bin/python']

小技巧：若字串可能有前後多餘的空白，先使用 strip() 再 split() 可以避免產生空字串元素。

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2. join() – 把列表合併成字串

separator.join(iterable) 會把 可迭代物件（如 list、tuple）中的元素以指定的 分隔符 連接起來，回傳 字串。

# 範例 4：使用逗號合併
items = ['蘋果', '香蕉', '橘子']
csv = ','.join(items)
print(csv)   # 蘋果,香蕉,橘子

# 範例 5：建立檔案路徑
folders = ['home', 'user', 'documents']
path = '/'.join(folders)
print(path)   # home/user/documents

注意：join() 的參數必須全是字串，若有非字串類型會拋出 TypeError，此時可先使用 map(str, iterable) 轉型。

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3. strip()、lstrip()、rstrip() – 去除頭尾雜訊

strip([chars]) 會移除字串兩端（左、右）出現的 指定字符，若未給參數則預設移除空白、換行與 Tab。

# 範例 6：去除兩側空白
raw = "   hello world   \n"
clean = raw.strip()
print(repr(clean))   # 'hello world'

# 範例 7：去除特定符號
url = "///example.com///"
domain = url.strip('/')
print(domain)   # example.com

最佳實踐：在處理使用者輸入或檔案讀入時，先 strip() 再進行後續的驗證或比對，可避免因隱藏空白而產生錯誤。

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4. replace() – 替換子字串

replace(old, new, count=-1) 會把字串中 所有（或前 count 個）出現的 old 替換成 new，回傳 新字串（原字串不變）。

# 範例 8：簡單替換
msg = "I love Python. Python is awesome!"
new_msg = msg.replace("Python", "Java")
print(new_msg)   # I love Java. Java is awesome!

# 範例 9：限制替換次數
text = "one two three two one"
limited = text.replace("two", "2", 1)
print(limited)   # one 2 three two one

陷阱：若 old 為空字串 ("") 會在每個字符之間插入 new，請務必確認參數的正確性。

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5. find() / index() – 找出子字串位置

• find(sub, start=0, end=len(s)) 回傳 子字串第一次出現的索引，若找不到則回傳 -1。
• index() 與 find() 功能相同，但若找不到會拋出 ValueError，適合需要確保子字串必定存在的情況。

# 範例 10：使用 find()
sentence = "Python is fun, and Python is powerful."
pos = sentence.find("Python")
print(pos)   # 0

# 範例 11：使用 index() 捕捉錯誤
try:
    sentence.index("Java")
except ValueError:
    print("找不到目標字串")

實務建議：在需要判斷是否存在時，使用 if s.find(sub) != -1: 或直接 if sub in s: 會更直觀。

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6. format() – 位置與關鍵字佔位

"文字 {0} {name}".format(value, name="Alice") 允許 位置參數、關鍵字參數，以及 格式化說明（寬度、對齊、小數位等）。

# 範例 12：基本使用
msg = "Hello, {}!".format("World")
print(msg)   # Hello, World!

# 範例 13：關鍵字與對齊
info = "Name: {name:<10} Age: {age:>3}".format(name="Bob", age=7)
print(info)   # Name: Bob        Age:   7

# 範例 14：數值格式化
price = "Total: ${:,.2f}".format(1234567.89)
print(price)   # Total: $1,234,567.89

注意：format() 每次呼叫都會產生新的字串，若在大量迭代中頻繁使用，可能會影響效能，此時可考慮 f‑string（Python 3.6+）。

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7. f‑string（字面值插值） – 最直覺的字串格式化

在字串前加上 f 或 F，即可在大括號 {} 內直接放入 變數、運算式，或呼叫函式，執行時會自動轉換為字串。

# 範例 15：簡潔插值
name = "Alice"
age = 30
msg = f"My name is {name}, age {age}."
print(msg)   # My name is Alice, age 30.

# 範例 16：內嵌運算與函式
import math
radius = 5
area_msg = f"The area of a circle (r={radius}) is {math.pi * radius**2:.2f}"
print(area_msg)   # The area of a circle (r=5) is 78.54

# 範例 17：條件表達式
value = 42
status = f"{value} is {'even' if value % 2 == 0 else 'odd'}"
print(status)   # 42 is even

• 優點：可讀性佳、執行速度快、支援直接寫表達式。
• 限制：只能在 Python 3.6 以上 使用，且大括號內不能直接放多行程式碼。

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常見陷阱與最佳實踐

方法	常見陷阱	最佳實踐
split	忽略連續分隔符會產生空字串（例如 ",,".split(",") → ['', '', '']）	使用 filter(None, ...) 或 split(..., maxsplit) 排除不必要的空元素。
join	迭代物件含非字串元素會拋 TypeError	先 map(str, iterable)，或使用列表生成式 str(x) for x in iterable。
strip	預設只移除空白，若需移除其他符號需自行指定	針對特定清理需求，如 strip('.,;')，一次處理多種雜訊。
replace	替換空字串會在每個字符之間插入新字串	確認 old 不為空字串，或使用正則表達式 re.sub 處理更複雜情況。
find / index	find 回傳 -1，若直接使用結果作索引會產生 IndexError	使用 if sub in s: 或 try/except 包住 index()。
format	大量使用時會產生大量臨時字串，影響記憶體	在迴圈內盡量改用 f‑string 或預先組合模板。
f‑string	大括號內放入過長的運算式降低可讀性	把複雜運算抽成變數或函式，再在 f‑string 中引用。

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實際應用場景

1. 日誌（logging）格式化

   import logging
   logger = logging.getLogger(__name__)
   user = "admin"
   action = "login"
   logger.info(f"[{user}] performed {action} at {datetime.now():%Y-%m-%d %H:%M:%S}")
   

   使用 f‑string 可直接把時間格式化、變數嵌入，讓日誌訊息一目了然。

2. CSV 檔案讀寫

   # 讀取 CSV
   line = "2023-11-20,台北,100"
   date, city, amount = line.split(',')
   # 寫入 CSV
   output = ','.join([date, city, str(int(amount) * 2)])
   

   split 與 join 配合，可快速完成欄位的切割與重組。

3. 網路爬蟲的文字清理

   raw_html = "<div>\n   Price: $1,299.99   </div>"
   # 移除 HTML 標籤與多餘空白
   import re
   text = re.sub(r'<[^>]+>', '', raw_html).strip()
   price = text.split('$')[1].replace(',', '')
   print(price)   # 1299.99
   

   結合 strip、replace、split 與正則表達式，能快速抽取所需資訊。

4. 多國語系訊息模板

   tmpl = {
       "en": "Hello, {name}! You have {cnt} new messages.",
       "zh": "嗨，{name}！您有 {cnt} 條新訊息。"
   }
   def greet(lang, name, cnt):
       return tmpl[lang].format(name=name, cnt=cnt)
   print(greet("zh", "小明", 5))
   

   format 的關鍵字參數讓不同語系的模板維護更方便。

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總結

字串是程式設計中最基礎、同時也是最具挑戰性的資料型別。
透過 split、join、strip、replace、find、format 與 f‑string，我們可以：

• 快速切割與重組 資料（split / join）
• 清理與正規化 使用者輸入或外部來源的雜訊（strip / replace）
• 精準定位 子字串位置，支援條件判斷（find / index）
• 彈性呈現 文字資訊，從舊式 format 到現代的 f‑string，提升可讀性與效能

在實務開發中，善用上述方法搭配 例外處理 與 測試，即可寫出既簡潔又可靠的程式碼。希望本篇教學能幫助你在日常專案裡，更自信地處理各種文字資料，讓 Python 的威力發揮到最大！祝學習愉快，程式寫得順利 🚀