Python 3.12 搶先看——關於 f-string 的改動

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# Python 3.12 搶先看——關於 f-string 的改動 哈嘍大家好，我是鹹魚 相信小伙伴們對 python 中的 f-string 都不陌生 f-string 是格式化字元串的縮寫，是以小寫或大寫字母 F 為首碼的字元串文本 f-string 提供簡潔明瞭的語法，**允許對變數和表達式 ...


Python 3.12 搶先看——關於 f-string 的改動

哈嘍大家好，我是鹹魚

相信小伙伴們對 python 中的 f-string 都不陌生

f-string 是格式化字元串的縮寫，是以小寫或大寫字母 F 為首碼的字元串文本

f-string 提供簡潔明瞭的語法，允許對變數和表達式進行插值

那對於還在即將發佈的還在測試階段的 python 3.12 版本中，f-string 有哪些改動？python 3.12 版本之前的 f-string 又有哪些限制？

閑話少說，我們直接進入正文

原文鏈接：https://realpython.com/python312-f-strings/

f-string 在 python 3.12 之前的限制

我們可以使用 Python 的 f-string 進行字元串格式化和插值，f-string 是以字母 F （大寫小寫都行）為首碼的字元串文本

這種文本允許插入變數和表達式，Python 會對其進行評估以生成最終字元串

自從在 Python 3.6 版本中引入以來，f-string 在 Python 社區內已經廣泛流行起來。人們對它們的採納熱情高漲，並將其作為現代 Python 編程的標準

這其中的原因是什麼呢？

這是因為 f-string 提供了一種簡潔而易讀的語法，允許我們格式化字元串並插入變數和表達式，而無需使用傳統的.format() 方法或舊式的字元串格式運算符（%）

然而，為了引入 f-string，CPython 核心開發團隊必須做出關鍵的決策，特別是在解析f字元串時，所以 f-string 有自己的解析代碼

換句話說，CPython 有一個專用的 f-string 解析器。因此，f-string 語法不是官方 Python 語法的一部分

從核心開發人員的角度來看，這樣的實現決策意味著相當大的維護成本，因為他們必須手動維護一個單獨的解析器

而且不作為官方語法的一部分，也意味著其他 Python 實現，如 PyPy，無法確定他們是否正確實現了 f-string

然而，最重要的負擔在於用戶方面。從用戶的角度來看，當前的 f-string 實現施加了一些限制：

  1. 無法重覆使用引號或字元串分隔符
  2. 無法嵌入反斜杠，這意味著不能使用轉義字元
  3. 禁止添加內聯註釋
  4. f-string 的嵌套僅限於 Python 中可用的引用變體

PEP 536 列出了這些限制。接下來我們通過一些小示例來瞭解這些限制如何影響我們在 Python 中使用 f-string

示例中使用的是 python 3.11 版本，如果使用較低的版本可能會導致輸出不一樣

我們首先在 f-string 中插入字典的 key

>>> employee = {
...     "name": "John Doe",
...     "age": 35,
...     "job": "Python Developer",
... }

>>> f"Employee: {employee["name"]}"
  File "<stdin>", line 1
    f"Employee: {employee["name"]}"
                           ^^^^
SyntaxError: f-string: unmatched '['

在上面的示例中，我們嘗試在 f-string 中插入員工姓名，但是報錯了

因為 "name" 鍵周圍的雙引號會破壞字元串文本（f-string 無法重覆使用引號或字元串分隔符）

若要解決此問題，需要使用不同類型的引號來分隔鍵

我們將雙引號用於 f-string ，單引號用於字典 key，這下就不會報錯了

>>> f"Employee: {employee['name']}"
'Employee: John Doe'

f-string 的第二個限制是不能在嵌入式表達式中使用反斜杠字元

>>> words = ["Hello", "World!", "I", "am", "a", "Pythonista!"]

>>> f"{'\n'.join(words)}"
  File "<stdin>", line 1
    f"{'\n'.join(words)}"
                         ^
SyntaxError: f-string expression part cannot include a backslash

我們看到上面的示例得到了一個 SyntaxError ，因為 f-string 不允許在由大括弧分隔的表達式中使用反斜杠字元

我們可以通過下麵的方法來實現，但他並不優美

>>> word_lines = "\n".join(words)

>>> f"{word_lines}"
'Hello\nWorld!\nI\nam\na\nPythonista!'

>>> print(f"{word_lines}")
Hello
World!
I
am
a
Pythonista!

f-string 的另一個限制是它們不允許在嵌入式表達式中插入註釋

雖然這種限制可能看起來是多餘的，但在某些情況下，一個好的註釋可以幫助其他開發人員更好地理解你的代碼

>>> employee = {
...     "name": "John Doe",
...     "age": 35,
...     "job": "Python Developer",
... }

>>> f"""Storing employee's data: {
...     employee['name'].upper()  # Always uppercase name before storing
... }"""
  File "<stdin>", line 3
    }"""
        ^
SyntaxError: f-string expression part cannot include '#'

在上面的示例中，我們使用了三引號生成多行的字元串，當我們嘗試增加註釋時，程式卻報錯了

最後，f-string 還有另一個限制——f-string中的嵌套級別數受 Python 中可用的字元串分隔符的限制，這些分隔符是 " 、 ' 、 """ 和 '''

>>> f"""{
...     f'''{
...         f"{f'{42}'}"
...     }'''
... }"""
'42'

>>> f"""{
...     f'''{
...         f"{f'{f"{42}"}'}"
...     }'''
... }"""
  File "<stdin>", line 1
    (f"{f'{f"{42}"}'}")
             ^
SyntaxError: f-string: f-string: unterminated string

儘管嵌套 f-string 可能沒有很多用例，但如果我們在特定用例中需要額外的嵌套級別，那麼就不走運了，因為不能重用引號

需要註意的是：只有三引號的 f-string 可以跨越多行，但是這個是 python 字元串的特征

雖然 f-string 字元串非常酷，大多數 Python 開發人員都喜歡它們，但上面這些限制讓 f-string 感覺不完整，並且與 Python 本身的一般行為不一致

幸運的是，Python 在不斷改進，下一個版本 3.12 正在解除這些限制使 f-string 變得更好

Python 3.12 中 f-string 的改動

  • 可重覆使用引號，不再嚴格區分雙引號單引號

在新的 f-string 實現中，嵌入的表達式組件可以包含任何 Python 表達式，包括使用與包含的 f-string 相同類型的引號的字元串文本

>>> employee = {
...     "name": "John Doe",
...     "age": 35,
...     "job": "Python Developer",
... }

>>> f"Employee: {employee["name"]}"
'Employee: John Doe'

在上面的示例中，我們使用了雙引號來定義 f-string 並分隔 employee 字典鍵

現在，在嵌入式表達式中使用字元串文本時，不必切換到其他類型的引號

儘管這種新行為看起來很酷且一致，但有些人認為在同一 f-string 中重用引號令人困惑且難以閱讀

這些人可能是對的——重用引號違反了 Python 規則，即匹配的引號對分隔字元串

但是，專註於將純字元串部分與嵌入的表達式部分分開有助於提高可讀性

在這方面，PEP 701 的作者說：

We believe that forbidding quote reuse should be done in linters and code style tools and not in the parser, the same way other confusing or hard-to-read constructs in the language are handled today

我們認為，禁止引用重用應該在 linters 和代碼樣式工具中完成，而不是在解析器中，就像今天處理語言中其他令人困惑或難以閱讀的結構一樣

這種說法是有道理的。但是最佳做法和樣式建議可能依舊是在代碼中避免使用它們

因此，如果發現重用引號不可讀或令人困惑，那就堅持在 f-string 中使用不同引號的舊做法

  • 允許使用反斜杠

f-string 不支持反斜杠是 Python 3.11 及更低版本中的另一個問題，在 Python 3.12 中，此問題已解決

>>> words = ["Hello", "World!", "I", "am", "a", "Pythonista!"]

>>> f"{'\n'.join(words)}"
'Hello\nWorld!\nI\nam\na\nPythonista!'

>>> print(f"{'\n'.join(words)}")
Hello
World!
I
am
a
Pythonista!

能夠在嵌入在 f-string 中的表達式中包含反斜杠是一個很好的進步，它省去了我們尋找替代解決方法的工作量

  • 支持多行實現和註釋

f-string 還允許在這些表達式中使用多行表達式和內聯註釋

>>> f"""Storing employee's data: {
...     employee['name'].upper()  # Always uppercase name before storing
... }"""
"Storing employee's data: JOHN DOE"

在 Python 3.12 的 f-string 中，我們可以定義跨越多個物理行的表達式。如果需要，每行都可以包含內聯註釋

  • 實現任意級別的 f-string 嵌套

由於允許引號重用，新的 f-string 允許任意級別的嵌套

此功能的實用性有限，因為許多級別的嵌套可能會使代碼難以閱讀和理解

>>> f"{
...     f"{
...         f"{
...             f"{
...                 f"{
...                     f"Deeply nested f-string!"
...                 }"
...             }"
...         }"
...     }"
... }"
'Deeply nested f-string!'

在上面的示例中，我們註意到新的 f-string 允許在表達式中的大括弧內使用換行符，這個跟常規 python 規範一致（常規 python 允許我們將表達式括在一對括弧中，使其能夠跨越多行）

  • 更具體更清晰的報錯信息

Python 3.12 的新 f-string 消除瞭如何在現實代碼中使用 f-string 的幾個限制並且將其變成了新功能

但遠不止於此

以前，這些增強的錯誤消息不適用於 f-string，因為它們不使用 PEG 解析器

因此，在 Python 3.12 之前，與 f-string 相關的錯誤消息不太具體和清晰

Python 開發團隊在引入 PEG 解析器後投入了大量工作來改進 Python 錯誤消息，現在使用 PEG 解析器來解析新的 f-string 語法，所以你會得到一個額外的、顯著的好處——更具體更清晰的報錯信息

例如，比較以下 f-string 在 3.11 與 3.12 中生成的錯誤消息

>>> # Python 3.11
>>> f"{42 + }"
  File "<stdin>", line 1
    (42 + )
          ^
SyntaxError: f-string: invalid syntax

>>> # Python 3.12
>>> f"{42 + }"
  File "<stdin>", line 1
    f"{42 + }"
          ^
SyntaxError: f-string: expecting '=', or '!', or ':', or '}'

第一個示例中的錯誤消息是通用的，不指向違規行中錯誤的確切位置。此外，表達式在括弧中，這會增加問題的噪音，因為原始代碼不包含括弧

在 Python 3.12 中，錯誤消息更加精確。它指示問題在受影響管中的確切位置。此外，異常消息提供了一些可能有助於我們解決問題的建議

Python 3.12 的 f-string 仍有不足

新的 f-string 不會消除 f-string 的一些當前限制

例如，有關使用冒號 （ : ）、感嘆號 （ ! ） 和轉義帶反斜杠的大括弧的規則仍然存在

要將冒號和感嘆號 （ : ! ） 用於字元串格式以外的目的，我們需要用一對括弧將包含這些符號之一的表達式括起來。否則，f-string 將不起作用

根據PEP 701的作者的說法，這就是他們沒有取消限制的原因：

The reason is that this [removing the restriction] will introduce a considerable amount of complexity [in the f-string parsing code] for no real benefit.

原因是這[刪除限制]將[在f字元串解析代碼中]引入相當大的複雜性，而沒有真正的好處

除了將這些字元用於字元串格式化之外，我們幾乎找不到適合它們的用例。即使是 PEP 701 中的相關示例也毫無用處

>>> # Python 3.11
>>> f"Useless use of lambdas: { lambda x: x*2 }"
  File "<stdin>", line 1
    ( lambda x)
              ^
SyntaxError: f-string: invalid syntax

>>> # Python 3.12
>>> f"Useless use of lambdas: { lambda x: x*2 }"
  File "<stdin>", line 1
    f'Useless use of lambdas: { lambda x: x*2 }'
                                ^^^^^^^^^
SyntaxError: f-string: lambda expressions are not allowed without parentheses

在上面的示例中，我們使用冒號作為匿名函數的一部分，但是卻報錯了

如果要避免這個錯誤，我們必須用括弧括起來

>> f"Useless use of lambdas: { (lambda x: x*2) }"
'Useless use of lambdas: <function <lambda> at 0x1010747c0>'

最後，新的 f-string 允許我們使用反斜杠轉義字元，但不允許使用反斜杠轉義大括弧：

>>> f"\{ 42 \}"
  File "<stdin>", line 1
    f"\{ 42 \}"
             ^
SyntaxError: unexpected character after line continuation character

在此示例中，我們嘗試使用反斜杠來轉義大括弧。但是，代碼不起作用

以下是 PEP 701 的作者對此限制的看法:

We have decided to disallow (for the time being) using escaped braces (\{ and \}) in addition to the {{ and }} syntax. Although the authors of the PEP believe that allowing escaped braces is a good idea, we have decided to not include it in this PEP, as it is not strictly necessary for the formalization of f-strings proposed here, and it can be added independently in a regular CPython issue

我們決定（暫時）禁止使用轉義大括弧（ \{ 和 \} ）以及 {{ 和 }} 語法。儘管 PEP 的作者認為允許轉義大括弧是個好主意，但我們決定不將其包含在此 PEP 中，因為它對於此處提出的 f-string 的形式化並不是絕對必要的，並且可以在常規的 CPython 問題中獨立添加

如果要轉義 f-string 中的大括弧，需要在外面多加一層大括弧

>>> f"{{ 42 }}"
'{ 42 }'

將大括弧加倍是目前版本在 f-string 中轉義這些字元的方法，但是將來可能會改變


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