# 第 1-7 课：字符串

## 一、本课目标

完成本课后，你应该能够：

1. 解释字符串是什么；
2. 使用索引读取字符串中的单个字符；
3. 使用切片取得字符串的一部分；
4. 使用 `len()` 获取字符串长度；
5. 使用 `for` 遍历字符串；
6. 使用常见字符串方法清理、转换和查找文本；
7. 使用 `in` 判断字符串是否包含指定内容；
8. 使用 `split()` 分割字符串，使用 `join()` 连接文本；
9. 理解字符串不可变的含义；
10. 编写一个简单的 Agent 提示词文本分析器。

## 二、前置知识

开始本课前，你应该已经掌握：

- 创建字符串变量；
- 使用 `input()` 接收字符串；
- 使用 f-string 输出变量；
- 使用条件判断；
- 使用 `for` 循环遍历数据。

## 三、字符串是什么

字符串（String，类型名为 `str`）是一串按照顺序排列的字符。

```python
prompt = "请帮我分析这段代码"
```

这个字符串包含中文字符。字符串也可以包含：

- 英文字母；
- 数字字符；
- 空格；
- 标点符号；
- 换行符等特殊字符。

只要内容被成对的单引号或双引号包围，Python 就会把它看作字符串：

```python
name = "Bruce"
age_text = "18"
empty_text = ""
```

`age_text` 看起来像数字，但它的数据类型仍然是字符串。

## 四、字符串中的字符有位置

字符串中的每个字符都有编号，这个编号称为索引（Index）。

Python 的索引从 `0` 开始：

```text
字符串： A  g  e  n  t
正索引： 0  1  2  3  4
负索引：-5 -4 -3 -2 -1
```

读取单个字符：

```python
word = "Agent"

print(word[0])   # A
print(word[1])   # g
print(word[-1])  # t
```

方括号 `[]` 用于指定索引。

### 4.1 负索引

负索引从字符串末尾开始：

- `-1` 表示最后一个字符；
- `-2` 表示倒数第二个字符；
- 依此类推。

需要取得最后一个字符时，`word[-1]` 比先计算字符串长度更方便。

### 4.2 索引越界

`"Agent"` 只有 5 个字符，有效正索引是 `0` 到 `4`。

```text
word[5]
```

会产生 `IndexError`，中文可以理解为“索引超出有效范围”。

## 五、使用 `len()` 获取长度

`len()` 返回字符串包含的字符数量：

```python
prompt = "Hello"
prompt_length = len(prompt)

print(prompt_length)
```

输出为 `5`。

空格和标点也会占用字符位置：

```python
print(len("A B"))  # 结果为 3
```

`len()` 常用于：

- 检查用户输入是否过短或过长；
- 统计提示词长度；
- 判断字符串是否为空；
- 配合索引和循环处理文本。

## 六、字符串切片

切片（Slicing）用于取得字符串的一部分。

基本形式：

```python
字符串[开始索引:结束索引]
```

切片包含开始索引，不包含结束索引：

```python
word = "Python"

print(word[0:3])  # Pyt
print(word[2:6])  # thon
```

这种规则与 `range()` 相似：包含开始，不包含结束。

### 6.1 省略开始或结束索引

```python
word = "Python"

print(word[:3])   # 从开头到索引 3 之前：Pyt
print(word[3:])   # 从索引 3 到末尾：hon
print(word[:])    # 整个字符串：Python
```

### 6.2 使用负索引切片

```python
file_name = "report.txt"

print(file_name[-3:])  # txt
```

### 6.3 指定步长

完整形式：

```python
字符串[开始索引:结束索引:步长]
```

```python
word = "Python"

print(word[::2])   # Pto
print(word[::-1])  # nohtyP
```

`[::-1]` 常用于反转字符串。现阶段理解其结果即可，不需要死记复杂切片组合。

### 6.4 切片通常不会越界报错

```python
word = "Agent"
print(word[0:100])
```

结果仍然是 `Agent`。单个索引越界通常报错，而切片结束位置超过长度时会安全地取到末尾。

## 七、遍历字符串

字符串可以使用 `for` 逐个处理字符：

```python
for character in "Agent":
    print(character)
```

统计字母出现次数：

```python
letter_count = 0

for character in "Agent application":
    if character == "a":
        letter_count += 1

print(letter_count)
```

需要注意英文大小写。`"A"` 和 `"a"` 是不同字符。

## 八、字符串方法是什么

方法（Method）是某种数据自身提供的操作。

字符串方法通常写成：

```python
字符串.方法名()
```

例如：

```python
user_input = "  Python  "
clean_text = user_input.strip()
```

点号 `.` 表示使用这个字符串提供的 `strip()` 方法。

方法与面向对象有关，将在后续阶段系统学习。本课先掌握常用字符串方法的用途。

## 九、清理字符串

### 9.1 `strip()`

`strip()` 删除字符串开头和结尾的空白：

```python
raw_text = "  Python Agent  "
clean_text = raw_text.strip()

print(clean_text)
```

输出：

```text
Python Agent
```

它不会删除字符串中间的正常空格。

### 9.2 `lstrip()` 与 `rstrip()`

- `lstrip()`：只清理左侧；
- `rstrip()`：只清理右侧。

处理用户输入时，`strip()` 最常用。

## 十、转换英文字母大小写

```python
technology = "FastAPI"

print(technology.lower())  # fastapi
print(technology.upper())  # FASTAPI
```

常见方法：

- `lower()`：转成小写；
- `upper()`：转成大写；
- `title()`：让英文单词首字母大写；
- `capitalize()`：让字符串首字符大写，其余英文字符转为小写。

大小写转换常用于不区分大小写的输入判断：

```python
answer = input("是否继续（yes/no）：").strip().lower()

if answer == "yes":
    print("继续执行")
```

这样输入 `YES`、`Yes` 或两侧带空格时也能正确识别。

## 十一、替换文本

`replace()` 返回替换后的新字符串：

```python
old_text = "我正在学习 Java"
new_text = old_text.replace("Java", "Python")

print(new_text)
```

输出：

```text
我正在学习 Python
```

原始变量 `old_text` 不会自动改变。

## 十二、查找和统计

### 12.1 使用 `in`

`in` 判断某段内容是否包含在字符串中，结果是布尔值：

```python
prompt = "请使用 Python 编写 Agent"

contains_python = "Python" in prompt
print(contains_python)
```

### 12.2 `find()`

`find()` 返回第一次出现的位置：

```python
text = "Python Agent"

print(text.find("Agent"))  # 7
print(text.find("Java"))   # -1
```

找不到时返回 `-1`。

### 12.3 `count()`

`count()` 统计内容出现次数：

```python
text = "Agent Agent Python"
print(text.count("Agent"))
```

输出为 `2`。

### 12.4 开头和结尾判断

```python
file_name = "agent.py"

print(file_name.startswith("agent"))
print(file_name.endswith(".py"))
```

`startswith()` 和 `endswith()` 都返回布尔值。

## 十三、分割字符串

`split()` 按照指定分隔符拆分字符串：

```python
technologies = "Python,FastAPI,Django"
technology_list = technologies.split(",")

print(technology_list)
```

输出：

```text
['Python', 'FastAPI', 'Django']
```

这个结果是列表（List）。列表是可以保存多个数据的容器，将在下一课详细学习。本课只需要知道：`split()` 能把一段文本拆成多个部分。

如果不提供分隔符，`split()` 会按照连续空白进行分割：

```python
words = "Python  Agent 开发".split()
```

## 十四、连接多个字符串

`join()` 使用指定字符串连接多个文本：

```python
technology_list = ["Python", "FastAPI", "Django"]
result = " -> ".join(technology_list)

print(result)
```

输出：

```text
Python -> FastAPI -> Django
```

可以这样理解：用 `" -> "` 把列表中的每个字符串连接起来。

被连接的数据必须是字符串。如果列表中包含整数，直接使用 `join()` 会报 `TypeError`。

## 十五、字符串判断方法

常见判断方法：

| 方法 | 作用 |
| --- | --- |
| `isdigit()` | 是否全部由数字字符组成 |
| `isalpha()` | 是否全部由字母字符组成 |
| `isalnum()` | 是否全部由字母或数字字符组成 |
| `isspace()` | 是否全部由空白字符组成 |

示例：

```python
age_text = "18"

if age_text.isdigit():
    age = int(age_text)
    print(f"年龄：{age}")
else:
    print("请输入整数数字")
```

`isdigit()` 能帮助我们在调用 `int()` 前检查简单的非负整数字符串，但它不能覆盖负数、小数等所有数字形式。

## 十六、字符串是不可变的

不可变（Immutable）表示字符串创建后，不能直接修改其中某个字符。

错误示例：

```text
word = "Agent"
word[0] = "a"
```

这会产生 `TypeError`。

字符串方法通常返回一个新字符串：

```python
original_text = "  Python  "
clean_text = original_text.strip()

print(original_text)
print(clean_text)
```

如果希望变量以后使用处理后的结果，需要重新赋值：

```python
text = text.strip().lower()
```

## 十七、转义字符

反斜杠 `\` 可以与其他字符组成特殊含义：

| 写法 | 作用 |
| --- | --- |
| `\n` | 换行 |
| `\t` | 制表符 |
| `\"` | 在双引号字符串中表示双引号 |
| `\\` | 表示一个反斜杠 |

示例：

```python
print("第一行\n第二行")
print("名称\t时长")
```

Windows 路径中包含反斜杠。可以使用原始字符串，在开头添加 `r`：

```python
project_path = r"D:\Code\Python"
```

原始字符串会减少反斜杠被当作转义符解释的情况。

## 十八、多行字符串

三个双引号或三个单引号可以创建多行字符串：

```python
report = """Agent 学习报告
学习方向：Python
当前状态：进行中"""

print(report)
```

多行字符串会保留代码中的换行。需要注意开头和结尾位置，避免无意中加入额外空行。

## 十九、f-string 格式控制

f-string 除了插入变量，还能简单控制数字格式：

```python
total_hours = 6.5
progress = 0.756

print(f"总时长：{total_hours:.2f} 小时")
print(f"完成率：{progress:.1%}")
```

输出：

```text
总时长：6.50 小时
完成率：75.6%
```

- `.2f`：浮点数保留两位小数；
- `.1%`：转为百分比并保留一位小数。

这是常用格式，现阶段能够模仿使用即可。

## 二十、方法链

多个字符串方法可以连续调用：

```python
raw_answer = "  YES  "
clean_answer = raw_answer.strip().lower()

print(clean_answer)
```

执行顺序从左到右：

1. `strip()` 得到 `"YES"`；
2. `lower()` 得到 `"yes"`；
3. 最终结果保存到 `clean_answer`。

方法链不宜过长。处理步骤复杂时，可以使用多个含义清晰的中间变量。

## 二十一、运行本课示例

在 PowerShell 中执行：

```powershell
cd D:\Code\Python\01_python基础\1_7_字符串
python strings.py
```

示例无需用户输入，会依次展示索引、切片、遍历和常用字符串方法。

## 二十二、常见错误

### 22.1 索引从 1 开始计算

Python 字符串第一个字符的索引是 `0`，不是 `1`。

### 22.2 切片包含结束索引

切片不包含结束索引。`text[0:3]` 取得索引 `0、1、2`。

### 22.3 调用方法后忘记保存结果

```python
text = "  Python  "
text.strip()
print(text)
```

原变量仍然保留空格。应写成：

```python
text = text.strip()
```

### 22.4 查找内容时忽略大小写

`"python" in "Python Agent"` 为 `False`。如果业务允许忽略大小写，可以先统一使用 `lower()`。

### 22.5 混淆 `split()` 和 `join()`

- `split()`：一个字符串拆成多个部分；
- `join()`：多个字符串连接成一个字符串。

### 22.6 直接修改字符串字符

字符串不可变，不能执行 `text[0] = "A"`。

## 二十三、课堂练习

打开 `practice.py`，完成“Agent 提示词文本分析器”。程序需要清理用户输入，分析长度、关键词、单词数量和文件名，并生成格式化报告。

运行命令：

```powershell
python practice.py
```

建议第一次输入：

```text
  请使用 Python 帮我开发一个 Agent 应用  
```

预期能判断其中包含 `python` 和 `agent` 关键词。判断关键词时应忽略英文大小写。

## 二十四、思考题

1. `"Agent"[0]` 和 `"Agent"[-1]` 分别是什么？
2. 为什么 `text[0:3]` 不包含索引 `3`？
3. `strip()` 会不会删除字符串中间的空格？
4. `replace()` 会直接修改原字符串吗？
5. `split()` 和 `join()` 的方向有什么不同？
6. 为什么字符串方法的返回结果经常需要重新赋值？
7. 如何忽略大小写判断文本中是否包含 `python`？

## 二十五、本课小结

- 字符串是有顺序的字符集合；
- 索引从 `0` 开始，`-1` 表示最后一个字符；
- 切片包含开始索引，不包含结束索引；
- `len()` 返回字符数量；
- 字符串可以使用 `for` 遍历；
- `strip()`、`lower()`、`replace()` 等方法返回新字符串；
- `in`、`find()`、`count()` 可以查找文本；
- `split()` 拆分字符串，`join()` 连接多个字符串；
- 字符串不可变，不能直接修改某个字符；
- f-string 可以控制小数和百分比格式。

## 二十六、验收标准

- [ ] 能使用正索引和负索引读取字符；
- [ ] 能使用切片取得字符串的一部分；
- [ ] 能使用 `len()` 和 `for` 分析文本；
- [ ] 能清理输入并统一英文大小写；
- [ ] 能查找和统计指定内容；
- [ ] 能使用 `split()` 和 `join()`；
- [ ] 能解释字符串不可变；
- [ ] 能完成并运行 `practice.py`；
- [ ] 能回答七道思考题。