Printf 风格的格式化，通过操作符

这种历史悠久的技术仍有其用途，例如处理基于字节的协议、简单情况下的简洁性以及许多程序员的熟悉度。

>>> 'Hello, user: %(user)s, id: %(id)s, on host: %(hostname)s' % params
'Hello, user: nobody, id: 9, on host: darkstar'

在此形式下，考虑到必要的字典创建，该技术是冗长的，有点混乱，但相对可读。其他问题是，操作符除了原始字符串外只能接受一个参数，这意味着必须将多个参数作为元组或字典传递。此外，很容易在传递的参数数量、预期的类型、缺少键或忘记尾随类型（例如（s 或 d））方面出错。

string.Template 类

来自 PEP 292（更简单的字符串替换）的 string.Template 类是一个特意简化的设计，使用熟悉的 shell 插值语法，并具有 安全替换功能，其主要用例是 shell 和国际化工具。

Template('Hello, user: $user, id: ${id}, on host: $hostname').substitute(params)

虽然也冗长，但字符串本身是可读的。尽管功能有限，但它很好地满足了其要求。它不够强大，无法应对许多情况，这有助于避免新手用户遇到麻烦，并避免与第三方中度可信输入（i18n）相关的问题。它不幸的是，需要大量的代码才能阻止在临时字符串插值中使用它，除非将其封装在 便利库（如 flufl.i18n）中。

PEP 215 - 字符串插值

PEP 215 是一个以前的提案，与本提案有很多共同之处。显然，当时世界还没有准备好接受它，但考虑到近期在许多其他语言中的支持，它的时代可能已经到来。

它包含大量美元符号（$）字符，这可能导致它看起来像 Python 的宿敌 Perl，并且很可能是导致该 PEP 未被接受的原因。它被以下提案所取代。

str.format() 方法

PEP 3101 的 str.format() 语法 是现有选项中最新、最现代的。它也比其他选项更强大，并且通常更容易阅读。它避免了前几种技术中的许多缺点和限制。

然而，由于其必要的方法调用和参数传递，在各种字符串字面值的情况下，它从冗长到非常冗长。

>>> 'Hello, user: {user}, id: {id}, on host: {hostname}'.format(**params)
'Hello, user: nobody, id: 9, on host: darkstar'

# when using keyword args, var name shortening sometimes needed to fit :/
>>> 'Hello, user: {user}, id: {id}, on host: {host}'.format(user=user,
                                                            id=id,
                                                            host=hostname)
'Hello, user: nobody, id: 9, on host: darkstar'

基于方法的处理方式的冗长性在此处得到了说明。

PEP 498 – 字面字符串格式化

PEP 498 定义并讨论了格式字符串，如上面 摘要 中所述。

它还（对初次接触者来说有些争议地）引入了格式字符串应通过对任意表达式的支持进行增强的想法。这将在“语法限制”部分下的 拒绝的想法 中进一步讨论。

PEP 501 – 可翻译的字符串插值

互补的 PEP 501 将国际化作为一项重要考虑因素，提出了 i 前缀、与 ES6（Javascript）兼容的 string.Template 语法集成、延迟渲染以及对象返回值。

Bash

Bash 在字符串内部支持许多任意的、甚至递归的构造。

> echo "user: $USER, id: $((id + 6)) on host: $(echo is $(hostname))"
user: nobody, id: 15 on host: is darkstar

• 在双引号内显式插值。
• 支持直接访问环境变量。
• 支持任意表达式。[4]
• 支持外部进程执行和输出捕获。[5]
• 支持递归表达式。

Perl

Perl 也具有任意表达式的构造，也许不如 Bash 广为人知。

say "I have @{[$id + 6]} guanacos.";                # lists
say "I have ${\($id + 6)} guanacos.";               # scalars
say "Hello { @names.join(', ') } how are you?";     # Perl 6 version

• 在双引号内显式插值。
• 支持任意表达式。[6] [7]

Ruby

Ruby 允许在其插值字符串中使用任意表达式。

puts "One plus one is two: #{1 + 1}\n"

• 在双引号内显式插值。
• 支持任意表达式。[8] [9]
• 可以使用 % 更改分隔符字符。
• 有关 Python 中的实现，请参阅“参考实现”部分。

其他

让我们看看一些较少相似的、最近实现字符串插值的现代语言。

Scala

Scala 插值通过字符串前缀进行定向。每个前缀都有不同的结果。

s"Hello, $name ${1 + 1}"                    # arbitrary
f"$name%s is $height%2.2f meters tall"      # printf-style
raw"a\nb"                                   # raw, like r''

用户也可以通过扩展 Scala 的 StringContext 类来实现这些前缀。

• 在双引号内使用字面量前缀进行显式插值。
• 支持用户实现的前缀。
• 支持任意表达式。

ES6 (Javascript)

Javascript 的模板字符串的设计者面临与 Python 相同的问题，即单引号和双引号已被占用。但与 Python 不同的是，“反引号”并未被占用。尽管存在问题，但它们被选为 ECMAScript 2015 (ES6) 标准的一部分。

console.log(`Fifteen is ${a + b} and\nnot ${2 * a + b}.`);

通过实现与标签同名的方法，也支持自定义前缀。

function tag(strings, ...values) {
    console.log(strings.raw[0]);    // raw string is also available
    return "Bazinga!";
}
tag`Hello ${ a + b } world ${ a * b}`;

• 在反引号内进行显式插值。
• 支持用户实现的前缀。
• 支持任意表达式。

C#, 版本 6

C# 有一个非常有用的新插值功能，并且可以通过 IFormattable 接口自定义插值。

$"{person.Name, 20} is {person.Age:D3} year{(p.Age == 1 ? "" : "s")} old.";

• 在双引号内使用 $ 前缀进行显式插值。
• 提供自定义插值。
• 支持任意表达式。

Apple 的 Swift

Swift 中的插值可用于所有字符串。

let multiplier = 3
let message = "\(multiplier) times 2.5 is \(Double(multiplier) * 2.5)"
// message is "3 times 2.5 is 7.5"

• 在双引号内进行隐式插值。
• 支持任意表达式。
• 不能包含回车/换行符。

其他示例

您可以在 Wikipedia 上找到更多字符串插值的示例。

现在已经涵盖了背景和历史，让我们继续寻找解决方案。

通过工具进行缓解

其想法是，像 pyflakes、pylint 或 Pycharm 这样的工具或 linter 可以在字符串内部检查表达式并进行适当标记。由于这是当今编程语言中的一项常见任务，多语言工具无需仅为 Python 实现此功能，从而大大缩短了实现时间。

在更远的未来，还可以检查字符串中的构造是否超出了项目的安全策略。

国际化

尽管极力希望集成国际化支持（参见 PEP 501），但细节在几乎所有方面都存在差异，不太可能找到通用的解决方案：[15]

• 用例不同
• 编译与运行时任务
• 插值语法需求
• 目标受众
• 安全策略

将语法限制为仅 str.format()

反对支持任意表达式的常见论点是：

1. YAGNI，“你不需要它。”
2. 该功能与 Python 历来的保守主义不符。
3. 推迟——如果证明有需求，可以在未来的版本中实现。

然而，仅支持 str.format() 语法被认为不足以解决问题。例如，在打印之前，通常需要知道一个对象的长度或增量。

从 其他语言中的实现 部分可以看出，开发者社区普遍同意。由于其实用性，带有任意表达式的字符串插值正成为现代语言中的行业标准。

附加/自定义字符串前缀

如 其他语言中的实现 部分所示，许多现代语言都具有可扩展的字符串前缀和通用接口。这可以是一种泛化方法，以减少常见情况下的代码行数。例如，在 ES6（Javascript）、Scala、Nim 和 C#（在较小程度上）中都可以找到此类示例。这一点被 BDFL 拒绝了。[14]

输入变量的自动转义

虽然在某些情况下很有帮助，但这被认为会造成不确定性，即字符串表达式何时何地可以安全使用。此外，这个概念也难以向他人解释。[12]

始终将格式字符串变量视为未转义，除非开发人员已显式转义。

环境变量和命令替换

对于系统编程和 shell 脚本替代品，在表达式字符串中直接处理环境变量和捕获命令输出将会很有用。这被拒绝了，因为它不够重要，并且看起来太像 bash/perl，这可能会鼓励不良习惯。[13]