1. 字符串的概念
在计算机编程中，字符串是文本数据类型的基本元素。在Python中，字符串是被单引号、双引号或三引号包围的文本。
'hello world'
"python is cool"
'''three single quotes'''
"""three double quotes"""
1.1 字符串的索引
字符串的每个字符都有一个唯一的索引，从0开始。我们可以使用方括号[]和索引来访问字符串中的字符。例如：
str = 'hello'
print(str[0]) #输出 'h'
print(str[1]) #输出 'e'
字符串还支持负索引，-1表示最后一个字符，-2表示倒数第二个字符，以此类推。例如：
str = 'hello'
print(str[-1]) #输出 'o'
print(str[-2]) #输出 'l'
1.2 字符串的切片
除了索引外，我们还可以使用切片操作来访问字符串的一部分。切片操作使用方括号[]和冒号:，格式为[start:end:step]，其中start表示起始位置，默认为0；end表示结束位置(不包含)，默认为字符串长度；step表示步长，默认为1。例如：
str = 'hello world'
print(str[2:7]) #输出 'llo w'
print(str[:5]) #输出 'hello'
print(str[6:]) #输出 'world'
print(str[::2]) #输出 'hlowrd'，每隔一个字符取一个
1.3 字符串的常用方法
Python中的字符串有许多内置方法。
1.3.1 查找子字符串
Python中常用的字符串查找方法是find()和index()，两者的功能类似，区别在于如果查找的子字符串不存在，find()会返回-1，而index()会抛出异常。
str = 'hello world'
print(str.find('o')) #输出 4
print(str.index('o')) #输出 4
print(str.find('x')) #输出 -1
print(str.index('x')) #引发异常
1.3.2 替换子字符串
Python中替换字符串的方法是replace()，它会返回一个新字符串，原始字符串不受影响。
str = 'hello world'
new_str = str.replace('world', 'python')
print(new_str) #输出 'hello python'
print(str) #输出 'hello world'
1.3.3 大小写转换
Python中有三种字符串大小写转换方式：lower()，upper()，title()。
str = 'hello world'
print(str.upper()) #输出 'HELLO WORLD'
print(str.lower()) #输出 'hello world'
print(str.title()) #输出 'Hello World'
1.3.4 去除空格
Python中常用的去除字符串前后空格的方法是strip()，它会返回一个新字符串，原始字符串不受影响。
str = ' hello world '
new_str = str.strip()
print(new_str) #输出 'hello world'
print(str) #输出 ' hello world '
1.3.5 判断字符串是否以指定子字符串开头或结尾
Python字符串中常用的判断方法是startswith()和endswith()，它们会查看字符串是否以指定的子字符串开头或结尾。
str = 'hello world'
print(str.startswith('hello')) #输出 True
print(str.endswith('d')) #输出 True
2. 字符串的格式化
字符串的格式化是在一个字符串中插入值的过程，Python提供了多种格式化方法。
2.1 字符串格式化操作符
Python中最基本的字符串格式化方法是使用占位符%s，需要插入值的位置用%s替换，然后使用%操作符将值插入字符串中。例如：
name = 'Tom'
age = 20
print('My name is %s, and I am %d years old.' % (name, age)) #输出 'My name is Tom, and I am 20 years old.'
其中%d表示整数，%s表示字符串。
2.2 format()方法
Python中另一种常用的字符串格式化方法是使用format()方法，可以直接在字符串中插入花括号{}作为占位符，然后使用format()方法将值插入字符串中。例如：
name = 'Tom'
age = 20
print('My name is {}, and I am {} years old.'.format(name, age)) #输出 'My name is Tom, and I am 20 years old.'
format()方法还支持位置参数和命名参数。位置参数的格式为{0}，{1}，{2}...，命名参数使用花括号中的变量名。例如：
name = 'Tom'
age = 20
print('My name is {0}, and I am {1} years old. Hello {0}!'.format(name, age)) #输出 'My name is Tom, and I am 20 years old. Hello Tom!'
print('My name is {name}, and I am {age} years old.'.format(name='Tom', age=20)) #输出 'My name is Tom, and I am 20 years old.'
format()方法还可以用于格式化数字，例如指定小数点后的位数：
pi = 3.1415926
print('{:.2f}'.format(pi)) #输出 '3.14'
2.3 f-string
Python 3.6引入了一种新的字符串格式化方法，即f-string。它使用类似于字符串插值的语法，在字符串前面加上字母f，花括号中使用变量名即可。例如：
name = 'Tom'
age = 20
print(f'My name is {name}, and I am {age} years old.') #输出 'My name is Tom, and I am 20 years old.'
f-string的优点是简洁、易读，而且可以在花括号中使用任意Python表达式。
3. 字符串的操作
3.1 字符串的拼接
Python中有两种字符串拼接的方法，一种是使用加号+，另一种是使用join()方法。
str1 = 'hello'
str2 = 'world'
str3 = str1 + ' ' + str2
print(str3) #输出 'hello world'
str4 = '-'.join([str1, str2])
print(str4) #输出 'hello-world'
使用join()方法时，需要将多个字符串放入一个列表中作为参数，join()会将这些字符串按指定的分隔符拼接起来。
3.2 字符串的重复
Python中可以使用乘法操作符*来重复一个字符串。
str = 'hello'
print(str * 3) #输出 'hellohellohello'
3.3 字符串的分割
Python中使用split()方法对字符串进行分割，并返回分割后的子字符串列表。
str = 'hello world'
lst = str.split()
print(lst) #输出 ['hello', 'world']
split()方法默认以空白字符(空格、制表符、换行符等)进行分割，也可以指定分隔符。
str = '1,2,3'
lst = str.split(',')
print(lst) #输出 ['1', '2', '3']
3.4 字符串的替换
Python中使用replace()方法替换字符串中的子字符串。
str = 'hello world'
new_str = str.replace('world', 'python')
print(new_str) #输出 'hello python'
4. 总结
字符串是Python编程中的重要组成部分，有着丰富的内置方法和格式化方式，同时也有着许多常用的操作。
重要强调：
字符串的不可变性，指的是字符串对象内部的元素无法被修改，如果想修改字符串中的内容，需要创建一个新的字符串。例如：
str = 'hello'
str[0] = 'H' #引发异常
如果需要修改字符串中的一个字符，可以使用切片操作。例如：
str = 'hello'
new_str = 'H' + str[1:]
print(new_str) #输出 'Hello'
需要注意的是，Python字符串的每个操作实际上都会创建一个新的字符串对象，因此在处理大量字符串时需要注意内存的消耗。