【Python格式化与正则表达式的结合】：数据验证的高效组合技术

# 1. Python数据验证概述

Python作为一门广泛应用于数据处理与分析的编程语言，其数据验证能力是确保数据质量和完整性的重要工具。数据验证通常包括检查数据的类型、格式、范围、有效性等，确保数据符合预期规范。在本章中，我们将简要介绍数据验证的概念、重要性以及在Python中的基础应用，为读者后续深入学习数据验证的高级技巧和最佳实践打下坚实的基础。接下来的章节将逐层深入，从字符串格式化到正则表达式的使用，从基础验证到性能优化和挑战应对，全面覆盖Python数据验证的各个方面。

# 2. Python字符串格式化基础

在处理文本和数据时，Python程序员经常需要对字符串进行格式化操作。字符串格式化技术是提高代码可读性和维护性的关键，也是Python语言中一个重要的特性。本章节将带你从基础到进阶，全面学习Python中的字符串格式化方法，以及它们的高级用法。

### 2.1 Python内置格式化方法

Python提供了多种内置的字符串格式化方法。从最早的百分号（%）格式化，到较新的str.format()方法，再到Python 3.6引入的f-string。每种方法都有其特点和适用场景，我们可以根据实际需要进行选择。

#### 2.1.1 使用百分号（%）格式化字符串

百分号（%）格式化是最传统的字符串格式化方法，在Python 3.6以前的版本中广泛使用。它依赖于占位符（如 %s、%d、%f）与相应变量的转换说明符。

name = "Alice"
age = 25
greeting = "Hello, %s! You are %d years old." % (name, age)
print(greeting)

执行上述代码，会得到结果："Hello, Alice! You are 25 years old."

在上面的例子中，`%s`代表字符串，`%d`代表整数。使用`%`操作符连接字符串和变量，Python会按照顺序将变量插入到字符串中的占位符位置。

**参数说明和逻辑分析：**

- `%s`、`%d`和`%f`是格式化指定符，分别用于字符串、整数和浮点数。
- `%`操作符后跟的括号内是需要插入字符串的变量。
- 当进行百分号格式化时，必须确保转换说明符与变量类型相对应。

#### 2.1.2 使用str.format()方法格式化

Python 2.6引入了str.format()方法，提供了一种更加灵活和功能强大的方式来进行字符串格式化。它使用大括号`{}`作为占位符，并通过`.format()`方法提供的参数进行填充。

name = "Bob"
age = 30
greeting = "Hello, {}. You are {} years old.".format(name, age)
print(greeting)

执行上述代码，输出："Hello, Bob. You are 30 years old."

**参数说明和逻辑分析：**

- 在字符串中使用`{}`作为占位符。
- `.format()`方法允许将多个变量以不同的顺序和格式插入到字符串中。
- 可以在`{}`内指定索引，来访问传递给`.format()`方法的参数序列，例如`{0}`代表第一个参数，`{1}`代表第二个参数。

#### 2.1.3 Python 3.6+的f-string格式化

从Python 3.6开始，推荐使用f-string（格式化字符串字面量）进行字符串格式化。它允许在字符串内直接嵌入表达式，代码更加简洁易读。

name = "Charlie"
age = 35
greeting = f"Hello, {name}. You are {age} years old."
print(greeting)

执行上述代码，输出："Hello, Charlie. You are 35 years old."

**参数说明和逻辑分析：**

- 在字符串前加上字母`f`，表示这是一个格式化字符串。
- 在花括号`{}`内可以直接写入变量名或表达式。
- f-string是一种编译时格式化，因此它比其他格式化方法更快。

### 2.2 格式化操作的高级用法

在Python中，字符串格式化的高级用法涉及对数字和字符串的格式化，日期和时间的格式化，以及条件格式化和宽度控制等。

#### 2.2.1 格式化数字和字符串

格式化数字和字符串是日常编程中常见的需求，比如在显示货币、百分比时，我们可能需要固定小数位数，或者为数字添加逗号分隔符。

# 数字格式化
pi = 3.***
formatted_pi = "{:.2f}".format(pi)  # 保留两位小数
print(formatted_pi)  # 输出 "3.14"

# 字符串格式化
title = "The Great Gatsby"
formatted_title = "{:.<20}".format(title)  # 左对齐并保留20个字符宽度
print(formatted_title)  # 输出 "The Great Gatsby........"

**参数说明和逻辑分析：**

- `:.2f`表示格式化浮点数，保留两位小数。
- `{:.<20}`表示格式化字符串，左对齐，并保留20个字符的宽度。

#### 2.2.2 格式化日期和时间

对于日期和时间的格式化，Python的`datetime`模块提供了`strftime()`方法，可以将`datetime`对象格式化为特定格式的字符串。

from datetime import datetime

now = datetime.now()
formatted_now = now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print(formatted_now)

执行上述代码，如果现在是2023年4月1日下午3点45分30秒，输出将是："2023-04-01 15:45:30"。

**参数说明和逻辑分析：**

- `%Y`表示四位数的年份。
- `%m`表示月份（01-12）。
- `%d`表示月份中的天数（01-31）。
- `%H`表示小时（00-23）。
- `%M`表示分钟（00-59）。
- `%S`表示秒数（00-59）。

#### 2.2.3 条件格式化和宽度控制

条件格式化允许基于条件表达式动态地更改格式化结果。宽度控制则允许我们控制输出内容的宽度，使得输出的字符串整齐划一。

# 条件格式化
score = 85
formatted_score = "{:0<3}".format(score) if score >= 80 else "{:0>3}".format(score)
print(formatted_score)  # 输出 "085" 或 " 85"

# 宽度控制
names = ["Alice", "Bob", "Charlie"]
formatted_names = "\n".join(["{:<10}".format(name) for name in names])
print(formatted_names)

**参数说明和逻辑分析：**

- 在条件格式化中，如果分数`score`大于等于80，则左边填充空格并保持三位宽度；否则，右边填充空格并保持三位宽度。
- 在宽度控制的例子中，`{:<10}`表示左对齐并保持宽度为10个字符，使用列表推导式为每个名字格式化，然后用`"\n".join()`将它们连接成多行字符串。

通过本章节的介绍，我们已经掌握了Python中字符串格式化的基本方