1.2.7 运算符和表达式

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2023-12-01

你编写的大多数语句（逻辑行）都包含表达式。表达式的一个简单例子是2+3。一个表达式可分解成运算符和操作对象。

运算符的功能是做一些事，通过符号（如+）或特定的关键字表示。运算符需要一些数据来操作，这些数据被你作操作数（操作对象）。在这个例子中2和3是操作数。

运算符

我们将简单地看一下运算符和它的用法：

注意，您可以使用交互式解释器计算例子中给出的表达式。例如，为了测试表达式2 + 3，使用交互式Python解释器提示符:

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

以下是一些运算符的简介：

+ (加号)
- 两个对象相加
- 3 + 5 得 8， 'a' + 'b' 得 'ab'。
- (减号)
- 给出一个数减去另一数的差；如果缺少第一个操作数，它默认为是0。
- -5.2 得到一个负数，50 - 24 得 26.
* (乘法)
- 给出两个数的乘积或返回重复多次的字符串。
- 2 * 3 得 6. 'la' * 3 得到 'lalala'.
** (幂)
- 返回x的y次幂
- 3 ** 4 得 81 (也就是3 * 3 * 3 * 3)
/ (除法)
- x除以y
- 13 / 3 得4.3333333333333333.
// (整除)
- 返回x除以y所得到的最大的整数商。注意如果其中一个参数是浮点数，那么结果也是浮点数。
- 13 // 3 得 4
- -13 // 3 得 -5
- 9//1.81 得 4.0
% (取模)
- 返回除法的余数
- 13 % 3 得 1. -25.5 % 2.25 得 1.5.
<< (向左移位)
- 数字向左移动指定位数。(在内存中每个数字由比特或二进制数表示，例如：0和1）。
- 2 << 2 得 8. 2 用二进制表示为10。
- 左移两位得到1000，它表示数字8。
>> (向右移位)
- 数字向右移动指定位数。
- 11 >> 1 得 5.
- 11 用二进制表示为1011，向右移动1位后得到二进制101，表示数字5。
& (按位与)
- 数字的按位与
- 5 & 3得 1。
| (按位或)
- 数字的按位或
- 5 | 3得 7。
^ (按位异或)
- 数字的按位异或
- 5 ^ 3 得 6。
~ (按位求反)
- x的位求反结果为-(x+1)
- ~5 得 -6。详见 http://stackoverflow.com/a/11810203
< (小于)
- 返回x是否小于y。所有的比较运算符返回True或False。注意这些名字的大小写。
- 5 < 3 返回 False 而 3 < 5 返回 True.
- 比较运算符可以任意连接：3 < 5 < 7 返回 True.
> (大于)
- 返回x是否大于y
- 5 > 3 返回 True。如果操作对象都是数字，它们首先转换为普通类型，否则，将返回False。
<= (小于等于)
- 返回x是否小于等于y
- x = 3; y = 6; x <= y 返回 True.
>= (大于等于)
- 返回x是否大于等于y
- x = 4; y = 3; x >= y 返回 True。
== (等于)
- 比较操作对象是否相等
- 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)
- 比较操作对象是否不相等
- x = 2; y = 3; x != y 返回 True.
not (逻辑非)
- 如果 x 是 True,它返回 False。如果 x 是 False，它返回 True。
- x = True; not x 返回 False.
and (逻辑与)
- 如果x是False, x and y 返回 False，否则它返回y的值。
- x = False; y = True; x and y 返回 False，因为 x 为假。在这种情况下，Python将不计算y，因为它知道and左边表达式是 False ，这意味着整个表达式将为 False ，而不论其它值为什么。这叫做计算捷径。
or (逻辑或)
- 如果 x 为 True, 它返回真，否则它返回y的值。
- x = True; y = False; x or y 返回 True。计算捷径这也适用。

复合赋值运算符

我们经常会对一个变量进行数学运算，然后将操作的结果返回给最初的变量。这样的表达式可以使用一个更加简化的复合赋值运算符:

a = 2
a = a * 3

可以写成：

a = 2
a *= 3

注意：将 var = var operation expression 写成 var operation= expression。

运算顺序

如果你有一个表达式如 2 + 3 * 4, 是先做加法还是先做乘法呢？我们的高中数学告诉我们，应该先做乘法。这意味着乘法运算符比加法运算符具有更高的优先级。

下表对 Python 中运算符的优先顺序进行了总结，从最低优先级（最后绑定）到最高优先级(最先绑定)。意思是说，在给定的表达式中，Python将按照自下而上的顺序，首先计算表格下方的表达式。

下表取自Python参考手册，放在这里是为了提供一个完整的文档。为了显式地指定优先级，更好的做法是使用圆括号组织运算符和操作数。这可使程序更加易读。详见下一节-改变运算顺序。

lambda : Lambda表达式
if - else : 条件表达式
or : 逻辑或
and : 逻辑与
not x : 逻辑非
in, not in, is, is not, <, <=, >, >=, !=, == : 比较、成员检测、相等检测
| : 按位或
^ : 按位异或
& : 按位与
<<, >> : 移位
+, - : 加和减
*, /, //, % : 乘法，除法，浮点除和余数
+x, -x, ~x : 正，负，按位非
** : 幂
x[index], x[index:index], x(arguments...), x.attribute : 索引，切片，函数调用，属性引用
(expressions...), [expressions...], {key: value...}, {expressions...} : 显式绑定或元组，显式列表，显式字典，显式集合

我们没有遇到的运算符将在后面的章节解释。

上表中在同一行列出的操作符具有相同的优先级。例如，+和-具有相同的优先级。

改变运算顺序

为使表达式更具可读性，我们可以使用圆括号。例如2 + (3 * 4) 肯定比需要知道运算符优先级的 2 + 3 * 4 更容易理解。与其他方面一样，应该合理使用括号不应该冗余(不要过分使用)，如(2 + (3 * 4))。

使用括号有一个额外的优势——它帮助我们更改运算顺序。例如，如果您想要在一个表达式中先计算加法再计算乘法，那么你可以这样写 (2 + 3) * 4。

结合性

运算符通常从左到右。这意味着具有相同优先级的运算符按照从左到右的方式计算。例如2 + 3 + 4计算为 (2 + 3) + 4。

表达式

例子 (保存为expression.py):

length = 5
breadth = 2

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

输出:

C:\> python expression.py
Area is 10
Perimeter is 14

它是如何工作的

矩形的长度和宽度以存储在不同的变量中。我们使用这些变量计算矩形的面积和周长。我们把表达式length * breadth 的结果存储在变量area中，然后使用print函数输出结果结果。在第二种情况下,在打印函数中我们直接使用表达式2 * (length + breadth)的值。

同样要注意，Python完美打印是如何输出的。即使我们没有在'Area is' 和变量area,之间指定一个空格，Python为我们得到一个干净漂亮的输出，而且这种方式使得程序的可读性更强(因为我们不需要担心输出字符串之间的空格)。这只是让Python程序员的生活更轻松的例子之一。

小结

我们已经看到了如何使用运算符，操作对象和表达式——这是任何程序的基石。接下来，我们将看到在我们的程序中，如何在语句中使用它们。