本文出自“Python為什麼”系列，歸檔在 Github 上：https://github.com/chinesehuazhou/python-whydo

毫無疑問，Python 是一門強型別語言。強型別語言。強型別語言！（關於強弱型別話題，推薦閱讀這篇 技術科普文）

這就意味著，不同型別的物件通常需要先做顯式地型別轉化， 然後才能進行某些操作。

下面以字串和數字為例，看看強行操作會產生什麼結果：

但是，如果我們先把數字“轉化”成字串型別，再執行“+”操作，就不會報錯了：

由此，我們要引出一個問題：如何在不作顯式型別轉化的情況下，進行字串與數字型別的拼接呢？

在《詳解Python拼接字串的七種方式》這篇文章中，它梳理了七種拼接字串的寫法，我們可以逐個來試驗一下。

幾種字串拼接方式：

1、格式化類：%、format()、template

2、拼接類：+、()、join()

3、插值類：f-string

為了節省篇幅，此處直接把可以順利拼接的 4 種寫法羅列如下：

第二和第三種寫法，它們是第一種寫法的升級版，不同的是，它們的佔位符是通用型的，不必指定“%s”、“%d”等等明確的型別。這兩種寫法中，數字型別的引數被傳給特定的格式化方法（即 safe_substitute 與 format），在這些方法的內部，它們會作型別轉化處理。

可以說，上述三種寫法都不難理解，它們的意圖都有跡可循。

但是，現在再看看最後一種寫法，也就是 f-string 寫法，似乎就不是那麼明顯了。

首先，在字串內部，它並沒有像“%格式化”那樣指定佔位符的型別；其次，所要拼接的數字並沒有作為任何函式的引數來傳遞。

也就是說，在明面上根本看不出任何要作型別轉化的意圖。但是，由於我們已知 Python 是強型別語言，已知數字型別絕對不可能直接拼接到字串裡，因此，只能說明 f-string 語法在底層作了某種型別轉化的操作！

那麼，我們就可以再提出一個新的問題：f-string 語法在處理字串與數字時，是如何實現數字的型別轉化的呢？

也許有的讀者會猜想它是呼叫了內建的 str() 或 repr()（或它們對應的魔術方法__str__() 與 __repr__()），從而實現型別轉化，但是，答案並沒有如此簡單！

f-string 語法是在 Python 3.6 版本引入的。為了省事，我們直接找到 PEP-498 文件，在裡面查閱看是否有關於實現原理的線索。

文件地址：https://www.python.org/dev/peps/pep-0498

PEP 裡提到，f-string 的語法格式是這樣的：

    f'<text> { <expression> <optional !s, !r, or !a> <optional : format specifier> } <text> ...'

其中，花括號裡的內容就是要作格式化的內容，除去可選的“optional”部分後，“expression”部分就是真正要處理的內容。對應前文的例子，數字 666 就是一個 expression。

expression 會按 __format__ 協議進行格式化，但是並不會直接呼叫 __format__() 這個方法。

文件上指出，實際的執行過程等效於type(value).__format__(value, format_spec) 或者 format(value, format_spec) 。

事實上，字串物件的 foramt() 方法跟 Python 內建的 foramt() 函式，它們都會呼叫__format__() 魔術方法，所以，f-string 其實是前文中 format() 格式化寫法的升級版。

在預設情況下，format_spec 是一個空字串，而format(value, "") 的效果等同於str(value) ，因此，在不指定其它 format_spec 的情況下，可以簡單地認為 f-string 就是呼叫了 str() 來作的型別轉化……

至此，我們看到了 f-string 的實現原理，明白了它在拼接字串與數字時，效果等效於前文的 format() 格式化方法，也等效於使用 str() 進行型別轉化。