运算符与表达式

你编写的大多数语句(逻辑行)都会包含表达式。表达式的一个简单例子是 2 + 3。一个表达式可以分解为运算符和操作数。

运算符是执行某种操作的功能,可以用 + 等符号或特殊关键字来表示。运算符需要一些数据来进行操作,这些数据被称为操作数。在这个例子中,23 就是操作数。

运算符

我们将简要介绍各种运算符及其用法。

请注意,你可以使用交互式解释器来计算示例中给出的表达式。例如,要测试表达式 2 + 3,请在交互式 Python 解释器提示符下输入:

>>> 2 + 3
5
>>> 3 * 5
15
>>>

以下是可用运算符的快速概览:

  • +(加)

    • 将两个对象相加
    • 3 + 5 得到 8'a' + 'b' 得到 'ab'
  • -(减)

    • 给出一个数减去另一个数的结果;如果第一个操作数缺失,则假定为零。
    • -5.2 得到一个负数,50 - 24 得到 26
  • *(乘)

    • 给出两个数相乘的结果,或返回字符串重复指定次数后的结果。
    • 2 * 3 得到 6'la' * 3 得到 'lalala'
  • **(幂)

    • 返回 x 的 y 次幂
    • 3 ** 4 得到 81(即 3 * 3 * 3 * 3
  • /(除)

    • 用 x 除以 y
    • 13 / 3 得到 4.333333333333333
  • //(整除)

    • 用 x 除以 y,并将结果向下取整到最近的整数值。请注意,如果其中一个值是浮点数(float),你将得到一个浮点数结果。
    • 13 // 3 得到 4
    • -13 // 3 得到 -5
    • 9//1.81 得到 4.0
  • %(取模/求余)

    • 返回除法的余数
    • 13 % 3 得到 1-25.5 % 2.25 得到 1.5
  • <<(左移)

    • 将数字的位向左移动指定的位数。(每个数字在内存中用位或二进制数字表示,即 0 和 1)
    • 2 << 2 得到 82 用二进制表示为 10
    • 向左移动 2 位得到 1000,即十进制的 8
  • >>(右移)

    • 将数字的位向右移动指定的位数。
    • 11 >> 1 得到 5
    • 11 用二进制表示为 1011,向右移动 1 位后得到 101,即十进制的 5
  • &(按位与)

    • 数字的按位与运算:如果两个位都是 1,则结果为 1,否则为 0
    • 5 & 3 得到 10101 & 0011 得到 0001
  • |(按位或)

    • 数字的按位或运算:如果两个位都是 0,则结果为 0,否则为 1
    • 5 | 3 得到 70101 | 0011 得到 0111
  • ^(按位异或)

    • 数字的按位异或运算:如果两个位(10)相同,则结果为 0,否则为 1
    • 5 ^ 3 得到 60101 ^ 0011 得到 0110
  • ~(按位取反)

  • <(小于)

    • 返回 x 是否小于 y。所有比较运算符都返回 TrueFalse。请注意这两个名称的首字母大写。
    • 5 < 3 得到 False3 < 5 得到 True
    • 比较可以任意链式组合:3 < 5 < 7 得到 True
  • >(大于)

    • 返回 x 是否大于 y
    • 5 > 3 返回 True。如果两个操作数都是数字,它们会先被转换为共同的类型。否则,它总是返回 False
  • <=(小于等于)

    • 返回 x 是否小于或等于 y
    • x = 3; y = 6; x <= y 返回 True
  • >=(大于等于)

    • 返回 x 是否大于或等于 y
    • x = 4; y = 3; x >= 3 返回 True
  • ==(等于)

    • 比较两个对象是否相等
    • x = 2; y = 2; x == y 返回 True
    • x = 'str'; y = 'stR'; x == y 返回 False
    • x = 'str'; y = 'str'; x == y 返回 True
  • !=(不等于)

    • 比较两个对象是否不相等
    • x = 2; y = 3; x != y 返回 True
  • not(布尔非)

    • 如果 x 是 True,则返回 False。如果 x 是 False,则返回 True
    • x = True; not x 返回 False
  • and(布尔与)

    • x and y:如果 x 是 False,则返回 False,否则返回 y 的值
    • x = False; y = True; x and y 返回 False,因为 x 是 False。在这种情况下,Python 不会去计算 y 的值,因为它知道 and 表达式左侧已经是 False,这意味着无论其他值如何,整个表达式都会是 False。这被称为短路求值(short-circuit evaluation)。
  • or(布尔或)

    • 如果 x 是 True,则返回 True,否则返回 y 的值
    • x = True; y = False; x or y 返回 True。这里同样适用短路求值。

数学运算与赋值的快捷方式

对一个变量执行数学运算,然后将运算结果赋值回该变量,这是很常见的操作,因此有一种快捷写法:

a = 2
a = a * 3

可以写成:

a = 2
a *= 3

注意,var = var operation expression 变成了 var operation= expression

求值顺序

如果你有一个表达式如 2 + 3 * 4,是先做加法还是先做乘法?我们高中的数学知识告诉我们应该先做乘法。这意味着乘法运算符的优先级高于加法运算符。

下表给出了 Python 的运算符优先级表,从最低优先级(最弱绑定)到最高优先级(最强绑定)。这意味着在给定的表达式中,Python 会先求值表中靠下的运算符和表达式,再求值靠上的。

下表摘自 Python 参考手册,为了完整性而提供。更好的做法是使用括号来适当地对运算符和操作数进行分组,以明确指定优先级。这使得程序更加易读。详情请参见下面的改变求值顺序

  • lambda:Lambda 表达式
  • if - else:条件表达式
  • or:布尔或
  • and:布尔与
  • not x:布尔非
  • in, not in, is, is not, <, <=, >, >=, !=, ==:比较运算,包括成员测试和身份测试
  • |:按位或
  • ^:按位异或
  • &:按位与
  • <<, >>:移位
  • +, -:加法和减法
  • *, /, //, %:乘法、除法、整除和取余
  • +x, -x, ~x:正号、负号、按位取反
  • **:幂运算
  • x[index], x[index:index], x(arguments...), x.attribute:下标、切片、调用、属性引用
  • (expressions...), [expressions...], {key: value...}, {expressions...}:绑定或 tuple 显示、list 显示、dict 显示、set 显示

我们尚未遇到的运算符将在后面的章节中解释。

具有相同优先级的运算符在上表中列在同一行。例如,+- 具有相同的优先级。

改变求值顺序

为了使表达式更易读,我们可以使用括号。例如,2 + (3 * 4) 肯定比 2 + 3 * 4 更容易理解,因为后者需要了解运算符优先级的知识。和其他所有东西一样,括号应该合理使用(不要过度使用),并且不应该冗余,比如 (2 + (3 * 4))

使用括号还有一个额外的好处——它帮助我们改变求值顺序。例如,如果你想让加法在乘法之前求值,那么你可以写成 (2 + 3) * 4

结合性

运算符通常从左到右结合。这意味着具有相同优先级的运算符按从左到右的顺序求值。例如,2 + 3 + 4 的求值顺序是 (2 + 3) + 4

表达式

示例(保存为 expression.py):

length = 5
breadth = 2

area = length * breadth
print('Area is', area)
print('Perimeter is', 2 * (length + breadth))

输出:

$ python expression.py
Area is 10
Perimeter is 14

工作原理

矩形的长和宽存储在同名变量中。我们利用这些变量,通过表达式来计算矩形的面积和周长。我们将表达式 length * breadth 的结果存储在变量 area 中,然后使用 print 函数打印它。在第二种情况下,我们直接在 print 函数中使用表达式 2 * (length + breadth) 的值。

另外,请注意 Python 是如何美观地打印输出的。即使我们没有在 'Area is' 和变量 area 之间指定空格,Python 也会自动为我们添加,这样我们就能得到干净漂亮的输出,程序也因此更加易读(因为我们不需要担心输出字符串中的空格问题)。这就是 Python 如何让程序员的生活变得更轻松的一个例子。

小结

我们已经了解了如何使用运算符、操作数和表达式——这些是任何程序的基本构建块。接下来,我们将看到如何在程序中通过语句来使用它们。

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