Python 字符串与数字转换的艺术：从入门到精通

各位好，我是你们的“赛博老中医”，今天咱们来聊聊 Python 里一个看似简单，实则暗藏玄机的话题——字符串和数字之间的“乾坤大挪移”。别看这只是个类型转换的小把戏，用好了能让你在数据处理、格式化输出、甚至是算法优化上事半功倍。咱们今天就来好好盘盘这个道道，保证让你从“小白”变“大神”！

1. 为什么要进行字符串和数字的转换？

在 Python 的世界里，数据类型就像是不同的“物种”，各有各的脾气。字符串 (str) 就像是“文本”，而数字 (int, float) 则是“数值”。它们之间泾渭分明，但有时候，我们又需要它们“跨界合作”。

想象一下，你从用户那里接收到一个输入，是一个表示年龄的字符串 '25'。如果你想拿这个年龄去做计算，比如判断是否成年，直接拿字符串去比较大小可不行。这时候，你就需要把它转换成数字 25。

反过来，如果你想把一个计算结果，比如平均分 92.5，显示给用户看，或者保存到文件里，你就得把它转换成字符串 '92.5'。

所以，字符串和数字的转换，就像是 Python 世界里的“翻译官”，负责在不同的数据类型之间搭起桥梁，让它们能够和谐共处，发挥各自的特长。

2. 字符串转数字：int() 和 float()

Python 提供了两个内置函数，int() 和 float()，专门负责把字符串转换成数字。它们就像是两个“加工厂”，int() 负责生产“整数”，float() 负责生产“浮点数”（也就是带小数点的数）。

2.1. int()：字符串到整数的“传送门”

int() 函数可以将一个符合整数格式的字符串转换成整数。用法很简单，就像这样：

string_number = '123'
integer_number = int(string_number)
print(integer_number)  # 输出：123
print(type(integer_number))  # 输出：<class 'int'>

看到了吧？原本是字符串类型的 '123'，经过 int() 的“洗礼”，就变成了整数 123。type()函数可以查看数据类型。

注意事项：

• int() 只能转换符合整数格式的字符串。如果字符串里有小数点、字母或者其他非数字字符，int() 会直接“罢工”，抛出一个 ValueError 异常。

  # 错误示例
  invalid_string = '123.45'
  # integer_number = int(invalid_string)  # 报错：ValueError: invalid literal for int() with base 10: '123.45'
   
  invalid_string = '123a'
  #integer_number = int(invalid_string) #ValueError: invalid literal for int() with base 10: '123a'

• int() 还可以指定进制。默认是十进制，但你也可以转换二进制、八进制、十六进制的字符串。

  binary_string = '101101'
  decimal_number = int(binary_string, 2)  # 指定为二进制
  print(decimal_number)  # 输出：45
   
  hex_string = '1A'
  decimal_number = int(hex_string, 16)  # 指定为十六进制
  print(decimal_number)  # 输出：26

2.2. float()：字符串到浮点数的“任意门”

float() 函数比 int() 更“ উদার”，它不仅能转换整数格式的字符串，还能转换带小数点的字符串，也就是浮点数格式的字符串。

string_number = '123.45'
float_number = float(string_number)
print(float_number)  # 输出：123.45
print(type(float_number))  # 输出：<class 'float'>

注意事项：

• 和 int() 一样，float() 也不能转换非数字格式的字符串。如果字符串里有字母或其他非数字、非小数点字符，float() 也会抛出 ValueError 异常。

  # 错误示例
  invalid_string = '123.45a'
  # float_number = float(invalid_string)  # 报错：ValueError: could not convert string to float: '123.45a'

2.3 处理包含千位分隔符的字符串

有时候，我们会遇到包含千位分隔符的数字字符串，比如 '1,234,567'。直接用 int() 或 float() 转换会出错。我们需要先去掉逗号。
最简单暴力的方法是用 replace() 函数：

string_number = '1,234,567'
string_number = string_number.replace(',', '')
integer_number = int(string_number)
print(integer_number) #1234567

更“优雅”一点的做法是使用 locale 模块，这个模块可以处理不同地区的数字格式。不过这有点“超纲”了，咱们后面再细说。

2.4 处理包含正负号的字符串

int() 和 float() 都能正确处理包含正负号的字符串。

positive_string = '+123'
negative_string = '-456.7'
 
positive_int = int(positive_string)
negative_float = float(negative_string)
 
print(positive_int)    # 输出：123
print(negative_float)  # 输出：-456.7

3. 数字转字符串：str()、格式化字符串、format() 方法

把数字转换成字符串，Python 提供了更多的方法，除了最基本的 str() 函数，还有格式化字符串 (f-string) 和 format() 方法，它们可以让你的字符串输出更加“多姿多彩”。

3.1. str()：数字到字符串的“直通车”

str() 函数是最简单直接的转换方法，它可以把任何数字（整数、浮点数）转换成对应的字符串。

integer_number = 123
float_number = 456.789
 
string_int = str(integer_number)
string_float = str(float_number)
 
print(string_int)    # 输出：'123'
print(string_float)  # 输出：'456.789'
print(type(string_int)) # <class 'str'>

3.2. 格式化字符串 (f-string)：让你的输出更“靓”

f-string 是 Python 3.6 引入的新特性，它提供了一种更简洁、更易读的方式来格式化字符串。在字符串前面加上一个 f 或 F，然后在字符串里用花括号 {} 包裹变量名或表达式，就可以把它们的值插入到字符串中。

name = 'Alice'
age = 30
 
# 使用 f-string
greeting = f'My name is {name} and I am {age} years old.'
print(greeting)  # 输出：My name is Alice and I am 30 years old.

f-string 的强大之处在于，它不仅可以插入变量，还可以进行简单的计算、格式化输出。

price = 99.99
quantity = 5
 
# 计算总价并格式化输出
total = f'Total price: ${price * quantity:.2f}'  # .2f 表示保留两位小数
print(total)  # 输出：Total price: $499.95

3.3. format() 方法：另一种格式化字符串的“姿势”

format() 方法是另一种格式化字符串的方式，它比 f-string 稍微“老”一点，但功能也很强大。

name = 'Bob'
age = 25
 
# 使用 format() 方法
greeting = 'My name is {} and I am {} years old.'.format(name, age)
print(greeting)  # 输出：My name is Bob and I am 25 years old.

format() 方法也可以指定格式：

pi = 3.1415926
 
# 保留三位小数
formatted_pi = 'Pi is approximately {:.3f}'.format(pi)
print(formatted_pi)  # 输出：Pi is approximately 3.142

3.4 round()函数控制浮点数精度

round() 函数可以对浮点数进行四舍五入，然后再转换成字符串。

number = 3.1415926
 
# 保留两位小数
rounded_string = str(round(number, 2))
print(rounded_string)  # 输出：'3.14'

4. 进阶技巧：处理更复杂的字符串格式

前面介绍的都是比较基本的转换方法。在实际应用中，我们可能会遇到更复杂的字符串格式，比如：

• 包含货币符号、百分号的字符串
• 科学计数法表示的字符串
• 包含空格或其他特殊字符的字符串

这时候，我们就需要一些“进阶技巧”来处理。

4.1 包含货币符号、百分号的字符串

对于包含货币符号（如 '$'、'€'）或百分号（'%'）的字符串，我们需要先去掉这些符号，然后再转换成数字。

# 包含货币符号
price_string = '$99.99'
price = float(price_string.replace('$', ''))
print(price)  # 输出：99.99
 
# 包含百分号
discount_string = '20%'
discount = float(discount_string.replace('%', '')) / 100
print(discount)  # 输出：0.2

4.2 科学计数法表示的字符串

对于科学计数法表示的字符串，比如 '1.23e+5'，float() 函数可以直接转换。

scientific_string = '1.23e+5'
number = float(scientific_string)
print(number)  # 输出：123000.0

4.3 包含空格或其他特殊字符的字符串

如果字符串中包含空格或其他特殊字符，我们需要先去掉这些字符，或者根据具体情况进行处理。

# 包含空格
number_string = '  123  '
number = int(number_string.strip())  # 去掉首尾空格
print(number)  # 输出：123

4.4 使用 locale 模块（处理不同区域设置）

locale模块的atoi、atof具备自动处理千分符等能力。

import locale
 
# 设置区域为美国 (US)
locale.setlocale(locale.LC_ALL, 'en_US.UTF-8')
 
# 包含千位分隔符的字符串
number_string = '1,234,567.89'
 
# 转换成整数
integer_number = locale.atoi(number_string)
print(integer_number)  # 输出：1234567
 
# 转换成浮点数
float_number = locale.atof(number_string)
print(float_number)  # 输出：1234567.89

注意：locale 模块的使用需要谨慎，因为它会影响程序的全局设置。如果你只需要处理特定格式的字符串，最好还是用 replace() 等方法手动处理。

5. 常见错误和陷阱

在进行字符串和数字转换时，有一些常见的错误和陷阱需要注意：

• ValueError 异常：最常见的错误就是试图转换不符合格式的字符串。在转换之前，最好先检查字符串是否符合要求，或者使用 try...except 语句来捕获异常。

  string_number = 'abc'
  try:
      integer_number = int(string_number)
  except ValueError:
      print('Invalid number format')

• 精度丢失：在进行浮点数转换时，可能会出现精度丢失的问题。这是由于计算机内部表示浮点数的机制导致的。如果需要高精度计算，可以使用 decimal 模块。

• 隐式类型转换：Python 在某些情况下会进行隐式类型转换，比如在比较字符串和数字时。这可能会导致一些意想不到的结果。最好还是显式地进行类型转换，避免混淆。

6. 总结

好啦，关于 Python 字符串和数字转换的“秘籍”，今天就传授到这里。总结一下，咱们今天学习了：

• 为什么要进行字符串和数字的转换
• int() 和 float() 函数的使用
• str()、格式化字符串 (f-string) 和 format() 方法
• 处理包含特殊字符的字符串
• 常见错误和陷阱

掌握了这些，你就可以在 Python 的世界里自由地“穿梭”于字符串和数字之间，让你的代码更加灵活、高效。记住，实践出真知，多写代码，多尝试，你才能真正领悟这些技巧的精髓。下次咱们再聊点别的“赛博偏方”，再见！