Pythonのf-stringで文字列に変数を埋め込む方法｜基本構文・書式指定・format/％演算子との違い

# 基本的なf-stringの例
name = "Alice"
age = 30
message = f"{name}は{age}歳です"
print(message)

# 式や関数の結果をそのまま埋め込む
def area(w, h):
    return w * h

w, h = 7, 5
age = 30
double_age = age * 2
print(f"面積: {area(w, h)} / 年齢の2倍: {double_age} / 条件: {'成人' if age >= 20 else '未成年'}")

# ブレースの出力（テンプレート用途など）
name = "Alice"
print(f"プレースホルダーは {{name}} のように書きます。実際の名前は {name} です。")

# 数値の書式指定いろいろ
x = 12345.6789
print(f"小数2桁: {x:.2f}")           # 固定小数点
print(f"桁区切り: {x:,.2f}")         # 3桁区切りカンマ
print(f"指数表記: {x:.3e}")          # 指数表記
print(f"符号付き: {x:+.1f}")         # 常に符号表示
print(f"ゼロ埋め幅10: {int(x):010d}") # 幅10で0埋め

# 幅と寄せ、フィル文字
s = "cat"
print(f"|{s:<10}|")        # 左寄せ
print(f"|{s:>10}|")        # 右寄せ
print(f"|{s:^10}|")        # 中央寄せ
print(f"|{s:.<10}|")       # '.'で右側を埋める左寄せ

from datetime import datetime, timezone, timedelta

# 現在日時をUTC+9で
dt = datetime.now(timezone(timedelta(hours=9)))
print(f"ISO: {dt:%Y-%m-%dT%H:%M:%S%z}")
print(f"日付のみ: {dt:%Y-%m-%d}")
print(f"時刻のみ: {dt:%H:%M}")

# デバッグ出力に便利な表現
text = "こんにちは\n世界"
n = 42
print(f"{n=}")
print(f"{text=}")         # 改行やエスケープが見える
print(f"{text!r}")        # repr()
print(f"{text!s}")        # str()
print(f"{text!a}")        # ascii()

# マイクロベンチマーク（環境により結果は変わります）
import timeit

setup = "name='Alice'; age=30; x=12345.6789"
t_f = timeit.timeit("f'{name} {age} {x:.2f}'", setup=setup, number=1_000_000)
t_format = timeit.timeit("'{} {} {:.2f}'.format(name, age, x)", setup=setup, number=1_000_000)
t_percent = timeit.timeit("'%s %d %.2f' % (name, age, x)", setup=setup, number=1_000_000)

print(f"f-string   : {t_f:.3f}s")
print(f"str.format : {t_format:.3f}s")
print(f"% operator : {t_percent:.3f}s")

# ログ出力：推奨はロガーの遅延フォーマット（f-stringは必要時のみ）
import logging
logging.basicConfig(level=logging.INFO)
user = "alice"
items = 3

# 推奨：ロガーに引数を渡す（無効レベル時にコストがかからない）
logging.info("user=%s items=%d", user, items)

# f-stringは簡潔だが、無効レベルでも評価される点に留意
logging.info(f"user={user} items={items}")

# SQL：f-stringでSQLを組み立てない（インジェクション対策）
import sqlite3

conn = sqlite3.connect(":memory:")
cur = conn.cursor()
cur.execute("CREATE TABLE users(id INTEGER PRIMARY KEY, name TEXT)")
cur.executemany("INSERT INTO users(name) VALUES (?)", [("alice",), ("bob",)])

name = "alice' OR '1'='1"  # 悪意ある入力の例（インジェクション）
# 悪い例（やってはいけない）
# cur.execute(f"SELECT * FROM users WHERE name = '{name}'")

# 良い例：プレースホルダーでバインド
cur.execute("SELECT * FROM users WHERE name = ?", (name,))
print(cur.fetchall())  # 該当なし

# ファイルパス：pathlibで結合＋f-stringでファイル名の一部を表現
from pathlib import Path
from datetime import date

base = Path("output")
base.mkdir(exist_ok=True)
today = date.today()
path = base / f"report_{today:%Y%m%d}.csv"
print(path)

amount = 1234567.8
rate = 0.0375
weight = 12.3456

print(f"${amount:,.2f}")     # 米ドル風
print(f"₹{amount:,.2f}")     # ルピー記号の付与（桁区切りはロケール非対応）
print(f"{rate:.2%}")         # 3.75%
print(f"{weight:.1f} kg")    # 単位付き

# gettextの例：翻訳側が並び替え可能なよう名前付きにする
import gettext
_ = lambda s: s  # 実演のためダミー

name, city = "Alice", "Tokyo"
msg = _("Hello, %(name)s from %(city)s") % {"name": name, "city": city}
print(msg)

# Babelで通貨のロケール表記
from babel.numbers import format_currency

amount = 1234567.8
print(f"{format_currency(amount, 'USD', locale='en_US')}")
print(f"{format_currency(amount, 'INR', locale='hi_IN')}")
print(f"{format_currency(amount, 'EUR', locale='de_DE')}")

# None安全な出力例
value = None
print(f"value={value if value is not None else 'N/A'}")

# カスタムクラスの__format__実装例
class Point:
    def __init__(self, x, y): self.x, self.y = x, y
    def __format__(self, spec: str) -> str:
        # "(), []"などの囲み指定、デフォルトは角括弧
        if spec == "paren":
            return f"({self.x}, {self.y})"
        return f"[{self.x}, {self.y}]"

p = Point(3, 5)
print(f"{p}")            # 既定
print(f"{p:paren}")      # paren指定

# string.Templateの例
from string import Template

tpl = Template("Hello $name,\nYour balance is $amount.")
text = tpl.substitute(name="Alice", amount=f"${1234.5:,.2f}")
print(text)