Python3如何使用f-string将整数格式化为标准IPv6地址？

问题：如何用Python f-string/str.format直接将整数格式化为带冒号分隔的标准IPv6字符串 #

我正尝试将整数格式化为IPv6地址。
此处的IPv6地址指代表0到2^128 - 1（340282366920938463463374607431768211455）区间整数的字符串，格式为32位十六进制数字，以冒号':'分隔为8组，每组4个字符。
我已知晓str(ipaddress.IPv6Address(n))和int(ipaddress.IPv6Address(s))的用法，但出于学习目的想要自己实现相关函数，目前已完成基础实现，正尝试优化。
我想找到用f-string或str.format将整数格式化为IPv6格式的方法，当前使用的单行实现如下：

ipv6 = ':'.join(hex(n).removeprefix('0x').zfill(32)[i:i+4] for i in range(0, 32, 4))

该实现使用字符串切片，运行速度较慢。
我已经通过正则表达式实现了IPv6地址的压缩功能，现在想要用字符串格式化的单行写法替换上述实现。
我已经完成了第一步的实现：将整数格式化为无前缀'0x'、补前导零到32位的十六进制字符串，代码如下：

"{0:0>32x}".format(n)

但我无法完成第二步的分隔逻辑。我搜索了Python中每N个字符插入分隔符的方法，大部分结果都不相关，仅找到两种可行方案：一种是我现在在用的自行实现的切片方法，另一种如下：

re.sub('([\da-fA-F]{4})', r'\1:', s, 7)

但正则表达式的运行速度很慢，性能测试结果如下：

In [221]: re.sub('([\da-fA-F]{4})', r'\1:', 'c42d7a7d155b93f7658c20c9fea598ff', 7)
Out[221]: 'c42d:7a7d:155b:93f7:658c:20c9:fea5:98ff'

In [222]: s = 'c42d7a7d155b93f7658c20c9fea598ff'

In [223]: %timeit re.sub('([\da-fA-F]{4})', r'\1:', s, 7)
11.6 µs ± 993 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

In [224]: %timeit ':'.join(s[i:i+4] for i in range(0, 32, 4))
2.11 µs ± 23.7 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)

我在谷歌搜索的推荐关键词中看到了“Python f string thousand separator”，找到了如下语法："{:,d}"

In [226]: "{:,d}".format(1234567890)
Out[226]: '1,234,567,890'

该语法和我的需求很接近，但不符合要求：首先它针对整数（d格式符），其次每3个字符插入分隔符而非4个，且分隔符是逗号不能改为冒号，强行修改会导致语法错误。
请问将整数格式化为32位十六进制字符串、同时每4位插入一个冒号的正确f-string语法是什么？最好不需要嵌套f-string，且为单行实现。
我所指的f-string嵌套是类似如下的写法：

f'{f"{n:0>32x}"}'

我不知道该写法是否合法，但我不想要这种形式的实现。

目前我已经实现了如下写法：

"{0:0>32_x}".format(n)

In [248]: "{0:0>32_x}".format(260764824896579434326633182196140447999)
Out[248]: 'c42d_7a7d_155b_93f7_658c_20c9_fea5_98ff'

但我无法将分隔符下划线改为冒号，我知道可以用str.replace实现，但还是希望能在一条格式化命令中完成。

性能对比结果如下：

In [253]: %timeit "{0:0>32_x}".format(260764824896579434326633182196140447999).replace('_', ':')
988 ns ± 7.72 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)

In [254]: %timeit ':'.join([hex(260764824896579434326633182196140447999).replace('0x',"").zfill(32)[i:i+4] for i in range(0, 32, 4)])
4.59 µs ± 493 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

In [255]: %timeit "{0:0>32_x}".format(260764824896579434326633182196140447999)
810 ns ± 48.7 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1000000 loops each)

字符串插值的性能远高于字符串切片。

解答 #

Python原生的字符串格式化语法（包括f-string和str.format）目前不支持自定义十六进制分组的分隔符，仅支持固定的下划线作为十六进制数字的分组符号，不存在纯单条格式化语句就能直接输出冒号分隔的IPv6字符串的语法。这是因为Python的格式化规范PEP 378中，仅规定了逗号、下划线两种可用于数字分组的分隔符，不支持自定义分隔符，所以无法直接在格式化参数中指定冒号作为分隔符。
你目前找到的"{0:0>32_x}".format(n).replace('_', ':')已经是最优的单行实现，性能比切片、正则方案高4~10倍，完全满足需求。对应的f-string写法如下，不属于你说的嵌套f-string，语法合法且非常简洁：

f"{n:0>32_x}".replace('_', ':')

如果一定要完全避免replace调用，只能退而求其次用你之前的切片拼接方案，但是性能会差很多。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ξένη Γήινος