7. 輸入和輸出¶

有數種方式可以顯示程式的輸出；資料可以以人類易讀的形式印出，或是寫入檔案以供未來所使用。這章節會討論幾種不同的方式。

7.1. 更華麗的輸出格式¶

目前為止我們已經學過兩種寫值的方式：運算式陳述 (expression statements) 與 print() 函式。（第三種方法是使用檔案物件的 write() 方法；標準輸出的檔案是使用 sys.stdout 來達成的。詳細的資訊請參考對應的函式庫說明。）

通常你會想要對輸出格式有更多地控制，而不是僅列印出以空格隔開的值。以下是幾種格式化輸出的方式。

要使用格式化字串文本 (formatted string literals)，需在字串開始前的引號或連續三個引號前加上 f 或 F。你可以在這個字串中使用 { 與 } 包夾 Python 的運算式，引用變數或其他字面值 (literal values)。
```
>>> year = 2016
>>> event = 'Referendum'
>>> f'Results of the {year} {event}'
'Results of the 2016 Referendum'
```
字串的 str.format() method 需要更多手動操作。你還是可以用 { 和 } 標示欲替代變數的位置，且可給予詳細的格式指令，但你也需提供要被格式化的資訊。在以下程式碼區塊中，有兩個如何格式化變數的範例：
```
>>> yes_votes = 42_572_654
>>> total_votes = 85_705_149
>>> percentage = yes_votes / total_votes
>>> '{:-9} YES votes  {:2.2%}'.format(yes_votes, percentage)
' 42572654 YES votes  49.67%'
```
請注意 yes_votes 如何對於負數用空格和負號填補。該範例還會列出 percentage 乘以 100，並保留 2 位小數且後面跟著一個百分號（有關詳細資訊，請參閱格式規格 (Format Specification) 迷你語言）。
最後，你還可以自己用字串切片 (slicing) 和串接 (concatenation) 操作，完成所有的字串處理，建立任何你能想像的排版格式。字串型別有一些 method，能以給定的欄寬填補字串，這些運算也很有用。

如果你不需要華麗的輸出，只想快速顯示變數以進行除錯，可以用 repr() 或 str() 函式把任何的值轉換為字串。

str() 函式的用意是回傳一個人類易讀的表示法，而 repr() 的用意是產生直譯器可讀取的表示法（如果沒有等效的語法，則造成 SyntaxError）。如果物件沒有人類易讀的特定表示法，str() 會回傳與 repr() 相同的值。有許多的值，像是數字，或 list 及 dictionary 等結構，使用這兩個函式會有相同的表示法。而字串，則較為特別，有兩種不同的表示法。

一些範例：

>>> s = 'Hello, world.'
>>> str(s)
'Hello, world.'
>>> repr(s)
"'Hello, world.'"
>>> str(1/7)
'0.14285714285714285'
>>> x = 10 * 3.25
>>> y = 200 * 200
>>> s = 'The value of x is ' + repr(x) + ', and y is ' + repr(y) + '...'
>>> print(s)
The value of x is 32.5, and y is 40000...
>>> # 字串的 repr() 會加上字串引號和反斜線：
>>> hello = 'hello, world\n'
>>> hellos = repr(hello)
>>> print(hellos)
'hello, world\n'
>>> # repr() 的引數可以是任何 Python 物件：
>>> repr((x, y, ('spam', 'eggs')))
"(32.5, 40000, ('spam', 'eggs'))"

string 模組包含一個基於正規表示式 (regular expressions)、透過 string.Template 的簡單模板化手段的支援。這提供了另一種將值替換到字串中的方式，使用像 $x 這樣的佔位符號，並用來自字典的值取代它們。這種語法較易用，但它在格式化方面提供的控制較少。

7.1.1. 格式化的字串文本 (Formatted String Literals)¶

格式化的字串文本（簡稱為 f-字串），透過在字串加入前綴 f 或 F，並將運算式編寫為 {expression}，讓你可以在字串內加入 Python 運算式的值。

格式說明符 (format specifier) 是選擇性的，寫在運算式後面，可以更好地控制值的格式化方式。以下範例將 pi 捨入到小數點後三位：

>>> import math
>>> print(f'The value of pi is approximately {math.pi:.3f}.')
The value of pi is approximately 3.142.

在 ':' 後傳遞一個整數，可以設定該欄位至少為幾個字元寬，常用於將每一欄對齊。

>>> table = {'Sjoerd': 4127, 'Jack': 4098, 'Dcab': 7678}
>>> for name, phone in table.items():
...     print(f'{name:10} ==> {phone:10d}')
...
Sjoerd     ==>       4127
Jack       ==>       4098
Dcab       ==>       7678

還有一些修飾符號可以在格式化前先將值轉換過。'!a' 會套用 ascii()，'!s' 會套用 str()，'!r' 會套用 repr()：

>>> animals = 'eels'
>>> print(f'My hovercraft is full of {animals}.')
My hovercraft is full of eels.
>>> print(f'My hovercraft is full of {animals!r}.')
My hovercraft is full of 'eels'.

= 說明符可用於將一個運算式擴充為該運算式的文字、一個等號、以及對該運算式求值 (evaluate) 後的表示法：

>>> bugs = 'roaches'
>>> count = 13
>>> area = 'living room'
>>> print(f'Debugging {bugs=} {count=} {area=}')
Debugging bugs='roaches' count=13 area='living room'

更多關於 = 說明符的資訊請見自文件性運算式 (self-documenting expressions)。若要參考這些格式化字串的規格，詳見格式規格 (Format Specification) 迷你語言參考指南。

7.1.2. 字串的 format() method¶

str.format() method 的基本用法如下：

>>> print('We are the {} who say "{}!"'.format('knights', 'Ni'))
We are the knights who say "Ni!"

大括號及其內的字元（稱為格式欄位）會被取代為傳遞給 str.format() method 的物件。大括號中的數字表示該物件在傳遞給 str.format() method 時所在的位置。

>>> print('{0} and {1}'.format('spam', 'eggs'))
spam and eggs
>>> print('{1} and {0}'.format('spam', 'eggs'))
eggs and spam

如果在 str.format() method 中使用關鍵字引數，可以使用引數名稱去引用它們的值。

>>> print('This {food} is {adjective}.'.format(
...       food='spam', adjective='absolutely horrible'))
This spam is absolutely horrible.

位置引數和關鍵字引數可以任意組合：

>>> print('The story of {0}, {1}, and {other}.'.format('Bill', 'Manfred',
...                                                    other='Georg'))
The story of Bill, Manfred, and Georg.

如果你有一個不想分割的長格式化字串，比較好的方式是按名稱而不是按位置來引用變數。這項操作可以透過傳遞字典 (dict)，並用方括號 '[]' 使用鍵 (key) 來輕鬆完成。

>>> table = {'Sjoerd': 4127, 'Jack': 4098, 'Dcab': 8637678}
>>> print('Jack: {0[Jack]:d}; Sjoerd: {0[Sjoerd]:d}; '
...       'Dcab: {0[Dcab]:d}'.format(table))
Jack: 4098; Sjoerd: 4127; Dcab: 8637678

用 '**' 符號，把 table 字典當作關鍵字引數來傳遞，也有一樣的結果。

>>> table = {'Sjoerd': 4127, 'Jack': 4098, 'Dcab': 8637678}
>>> print('Jack: {Jack:d}; Sjoerd: {Sjoerd:d}; Dcab: {Dcab:d}'.format(**table))
Jack: 4098; Sjoerd: 4127; Dcab: 8637678

與內建函式 vars() 組合使用時，這種方式特別實用。該函式可以回傳一個包含所有區域變數的 dictionary：

>>> table = {k: str(v) for k, v in vars().items()}
>>> message = " ".join([f'{k}: ' + '{' + k +'};' for k in table.keys()])
>>> print(message.format(**table))
__name__: __main__; __doc__: None; __package__: None; __loader__: ...

例如，下面的程式碼產生一組排列整齊的欄，列出整數及其平方與立方：

>>> for x in range(1, 11):
...     print('{0:2d} {1:3d} {2:4d}'.format(x, x*x, x*x*x))
...
 1    1
 4    8
 9   27
16   64
25  125
36  216
49  343
64  512
81  729
100 1000

關於使用 str.format() 進行字串格式化的完整概述，請見格式化文字語法。

7.1.3. 手動格式化字串¶

下面是以手動格式化完成的同一個平方及立方的表：

>>> for x in range(1, 11):
...     print(repr(x).rjust(2), repr(x*x).rjust(3), end=' ')
...     # 注意前一列使用的 'end'
...     print(repr(x*x*x).rjust(4))
...
 1   1    1
 2   4    8
 3   9   27
 4  16   64
 5  25  125
 6  36  216
 7  49  343
 8  64  512
 9  81  729
10 100 1000

（請注意，使用 print() 讓每欄之間加入一個空格的方法：這種方法總是在其引數間加入空格。）

字串物件的 str.rjust() method 透過在左側填補空格，使字串以給定的欄寬進行靠右對齊。類似的 method 還有 str.ljust() 和 str.center()。這些 method 不寫入任何內容，只回傳一個新字串，如果輸入的字串太長，它們不會截斷字串，而是不做任何改變地回傳；雖然這樣會弄亂欄的編排，但這通常還是比另一種情況好，那種情況會讓值變得不正確。（如果你真的想截斷字串，可以加入像 x.ljust(n)[:n] 這樣的切片運算。）

另一種 method 是 str.zfill()，可在數值字串的左邊填補零，且能識別正負號：

>>> '12'.zfill(5)
'00012'