字符串 str
Python 的 str 类型表示不可变的文本序列。字符串在 Python 中无处不在——从用户输入到文件内容，从网络响应到日志输出，几乎所有程序都需要处理文本。理解字符串的创建方式、内部机制和操作方法，是编写可靠代码的基础。
创建字符串
字符串可以用单引号、双引号或三引号包裹，三种方式在语义上完全等价，选择取决于内容中是否包含引号字符：
# 单引号
name = 'Python'
# 双引号，适合包含单引号的文本
sentence = "It's a beautiful day"
# 三引号，适合多行文本
doc = """
项目名称：数据分析平台
版本：1.0
作者：开发团队
"""
三引号字符串会保留输入时的换行符。如果希望首行不换行，可以在开头反斜杠转义换行：
header = """\
Usage: program [OPTIONS]
-h 显示帮助
-v 显示版本
"""
空字符串是合法的，在布尔上下文中被视为假值：
empty = ""
print(len(empty)) # 0
print(bool(empty)) # False
转义序列
反斜杠 \ 用于引入特殊字符：
text = "第一行\n第二行" # \n 换行
table = "姓名\t年龄\t城市" # \t 制表符
quote = "他说：\"你好\"" # \" 双引号
path = "C:\\Users\\Admin" # \\ 反斜杠本身
如果字符串中包含大量反斜杠（如正则表达式或 Windows 路径），可以使用原始字符串前缀 r，此时反斜杠不再具有转义含义：
# 原始字符串
pattern = r"\d+\.\d+" # 匹配浮点数正则
windows_path = r"C:\new_folder\test.txt"
# 对比：不加 r 时 \n 被解释为换行
wrong = "C:\new_folder\test.txt"
print(wrong) # C:（换行）ew_folder est.txt
原始字符串有一个限制：不能以奇数个反斜杠结尾，否则解析器无法判断引号是否被转义：
# 错误
# path = r"C:\\" # SyntaxError
# 解决：拼接一个普通字符串结尾
path = r"C:\\" "\\"
字符串的不可变性
字符串一旦创建就不能修改。任何看似"修改"字符串的操作，实际上都是创建了一个新字符串：
s = "hello"
# s[0] = "H" # TypeError: 'str' object does not support item assignment
# 正确做法：创建新字符串
s = "H" + s[1:] # "Hello"
不可变性带来几个重要性质：字符串可以作为字典的键（因为哈希值稳定），在多线程环境中无需加锁，且可以被安全地共享引用。
索引与切片
字符串支持索引访问单个字符，以及切片获取子串。索引从 0 开始，负数索引从末尾倒数：
word = "Python"
print(word[0]) # P，第一个字符
print(word[-1]) # n，最后一个字符
print(word[-2]) # o，倒数第二个
切片语法 s[start:stop:step] 提取从 start（含）到 stop（不含）的子串：
word = "Python"
print(word[0:2]) # Py，前两个字符
print(word[2:5]) # tho，索引 2、3、4
print(word[:2]) # Py，从头开始到 2
print(word[4:]) # on，从 4 到末尾
print(word[-2:]) # on，最后两个
print(word[:]) # Python，完整拷贝
print(word[::-1]) # nohtyP，反转
切片不会越界报错，超出范围的索引会被优雅处理：
s = "hi"
print(s[0:100]) # hi，超出部分忽略
print(s[10:20]) # 空字符串
但直接索引越界会触发 IndexError：
# s[100] # IndexError: string index out of range
字符串操作与方法
字符串支持 + 拼接和 * 重复：
print("Py" + "thon") # Python
print("=" * 20) # ====================
相邻的字符串字面值会自动拼接（仅适用于字面值，不适用于变量）：
text = ("Put several strings "
"within parentheses "
"to have them joined.")
常用方法涵盖了查找、替换、分割、格式化等场景：
s = " Hello, World! "
print(s.strip()) # "Hello, World!"，去除两端空白
print(s.lower()) # " hello, world! "
print(s.upper()) # " HELLO, WORLD! "
print(s.startswith(" H")) # True
print(s.endswith("! ")) # True
print(s.find("World")) # 9，找不到返回 -1
print(s.index("World")) # 9，找不到触发 ValueError
print(s.replace("World", "Python")) # " Hello, Python! "
print(s.split(",")) # [' Hello', ' World! ']
print("-".join(["a", "b", "c"])) # a-b-c
print(s.count("l")) # 3
print(len(s)) # 17
split() 默认按任意空白分割，且自动去除空字符串：
print(" a b c ".split()) # ['a', 'b', 'c']
成员检查与比较
in 和 not in 检查子串是否存在：
print("Py" in "Python") # True
print("py" in "Python") # False，大小写敏感
print("java" not in "Python") # True
字符串支持字典序比较，按 Unicode 码点逐字符比较：
print("apple" < "banana") # True
print("Z" < "a") # True，大写字母码点小于小写
print("10" < "2") # True，字符串按字符比较，"1" < "2"
字符串格式化
Python 3.12 推荐使用 f-string 进行字符串格式化，它允许在字符串中嵌入表达式：
name = "Python"
version = 3.12
print(f"{name} {version}")
print(f"{name!r}") # 'Python'，!r 调用 repr()
print(f"{version:.2f}") # 3.12
print(f"{1000000:,}") # 1,000,000，千分位
print(f"{0.85:.1%}") # 85.0%，百分比
Python 3.12 解除了 f-string 的一些历史限制：表达式内可以包含与外层相同的引号，也可以使用反斜杠：
# Python 3.12+ 允许
value = "test"
print(f"结果：{value}") # 表达式内使用双引号
print(f"路径：{value.replace(chr(92), '/')}") # 表达式内使用反斜杠
旧式 % 格式化和 str.format() 仍然可用，但新项目建议优先使用 f-string：
# % 格式化（旧式，不推荐新项目使用）
print("Name: %s, Age: %d" % ("Alice", 30))
# str.format()
print("Name: {}, Age: {}".format("Alice", 30))
print("Name: {name}, Age: {age}".format(name="Alice", age=30))
编码与解码
字符串在 Python 内部以 Unicode 码点存储，与具体编码无关。当需要写入文件或通过网络传输时，必须编码为字节序列：
text = "你好，世界"
# 编码为 UTF-8 字节
b = text.encode("utf-8")
print(b) # b'\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd\xef\xbc\x8c\xe4\xb8\x96\xe7\x95\x8c'
# 解码回字符串
print(b.decode("utf-8")) # 你好，世界
编码失败时默认抛出 UnicodeEncodeError，可以通过 errors 参数控制行为：
text = "你好"
print(text.encode("ascii", errors="ignore")) # b''，忽略无法编码的字符
print(text.encode("ascii", errors="replace")) # b'??'，替换为问号
print(text.encode("ascii", errors="xmlcharrefreplace")) # b'你好'
边界与常见错误
单元素字符串：长度为 1 的字符串没有独立类型，它就是 str。如果需要字符的 Unicode 码点，使用 ord()；反向操作用 chr()：
print(ord("A")) # 65
print(chr(65)) # A
字符串与字节混淆：
# 错误
# "hello" + b"world" # TypeError: can only concatenate str to str
# 正确
"hello" + b"world".decode("utf-8")
修改字符串的错觉：
s = "abc"
s.upper()
print(s) # abc，upper() 返回新字符串，原字符串不变
# 正确做法
s = s.upper()
空字符串与 None 的区别：
s = ""
print(s is None) # False
print(s == "") # True
print(bool(s)) # False
字符串是 Python 中最基础也最常用的类型之一。掌握其不可变性、切片规则和丰富的内置方法，能显著提升文本处理代码的质量和效率。