《Python从小白到大牛》第7章 运算符
《Python从小白到大牛》已经上市！
本章为大家介绍Python语言中一些主要的运算符（也称操作符），包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符和其他运算符。
算术运算符
Python中的算术运算符用来组织整型和浮点型数据的算术运算，按照参加运算的操作数的不同可以分为一元运算符和二元运算符。
一元运算符
Python中一元运算符有多个，但是算数一元运算符只有一个，即：-，-是取反运算符，例如：-a是对a取反运算。
在Python Shell中运行示例代码如下：
>>> a = 12
>>> -a
-12
>>>
上述代码是把a变量取反，结果输出是-12。
二元运算符
二元运算符包括：+、-、*、/、%、**和//，这些运算符主要是对数字类型数据进行操作，而+和*可以用于字符串、元组和列表等类型数据操作。具体说明参见表7-1。
表 7‑1二元算术运算符
| 运算符 | 名称 | 说明 | 例子 |
|---|---|---|---|
| + | 加 | 可用于数字、序列等类型数据操作。对于数字类型是求和；其他类型是连接操作。 | a + b |
| - | 减 | 求a减b的差 | a - b |
| * | 乘 | 可用于数字、序列等类型数据操作。对于数字类型是求积；其他类型是重复操作。 | a * b |
| / | 除 | 求a除以b的商 | a / b |
| % | 取余 | 求a除以b的余数 | a % b |
| ** | 幂 | 求a的b次幂 | a ** b |
| // | 地板除法 | 求小于a除以b商的最大整数 | a // b |
在Python Shell中运行示例代码如下：
>>> 1 + 2
3
>>> 2 - 1
1
>>> 2 * 3
6
>>> 3 / 2
1.5
>>> 3 % 2
1
>>> 3 // 2
1
>>> -3 // 2
-2
>>> 10 ** 2
100
>>> 10.22 + 10
20.22
>>> 10.0 + True + 2
13.0
上述例子中分别对数字类型数据进行了二元运算，其中True被当作整数1参与运算，操作数中有浮点数字，表达式计算结果也是浮点类型。其他代码比较简单不再赘述。
字符串属于序列的一种，所以字符串可以使用+和*运算符，在Python
Shell中运行示例代码如下：
>>> 'Hello' + 'World'
'HelloWorld'
>>> 'Hello' + 2
Traceback (most recent call last):
File "" , line 1, in <module>
'Hello' + 2
TypeError: must be str, not int
>>>
>>> 'Hello' * 2
'HelloHello'
>>> 'Hello' * 2.2
Traceback (most recent call last):
File "" , line 1, in <module>
'Hello' * 2.2
TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'float'
+运算符会将两个字符串连接起来，但不能将字符串与其他类型数据连接起来。*运算符第一操作数是字符串，第二操作数是整数，表示重复字符串多次。因此’Hello’
* 2结果是’HelloHello’，注意第二操作数只能是整数。
关系运算符
关系运算是比较两个表达式大小关系的运算，它的结果是布尔类型数据，即True或False。关系运算符有6种：==、!=、>、<、>=和<=，具体说明参见表7-2。
表 7‑2 关系运算符
| 运算符 | 名称 | 说明 | 例子 |
|---|---|---|---|
| == | 等于 | a等于b时返回True，否则返回False。 | a == b |
| != | 不等于 | 与==相反 | a != b |
| > | 大于 | a大于b时返回True，否则返回False | a > b |
| < | 小于 | a小于b时返回True，否则返回False | a < b |
| >= | 大于等于 | a大于等于b时返回True，否则返回False | a >= b |
| <= | 小于等于 | a小于等于b时返回True，否则返回False | a <= b |
在Python Shell中运行示例代码如下：
>>> a = 1
>>> b = 2
>>> a > b
False
>>> a < b
True
>>> a >= b
False
>>> a <= b
True
>>> 1.0 == 1
True
>>> 1.0 != 1
False
Python中关系运算可用于比较序列或数字，整数、浮点数都是对象，可以使用关系运算符进行比较；字符串、列表和元组属于序列也可以使用关系运算符进行比较。在Python Shell中运行示例代码如下：
>>> a = 'Hello'
>>> b = 'Hello'
>>> a == b
True
>>> a = 'World'
>>> a > b
True
>>> a < b
False
>>> a = [] ①
>>> b = [1, 2] ②
>>> a == b
False
>>> a < b
True
>>> a = [1, 2]
>>> a == b
True
代码第①行创建一个空列表，代码第②行创建一个两个元素的列表，他们也可以进行比较。
逻辑运算符
逻辑运算符是对布尔型变量进行运算，其结果也是布尔型，具体说明参见表7-3。
表 7‑3 逻辑运算符
| 运算符 | 名称 | 说明 | 例子 |
|---|---|---|---|
| not | 逻辑非 | a为True时，值为False，a为False时，值为True | not a |
| and | 逻辑与 | ab全为True时，计算结果为True，否则为False | a and b |
| or | 逻辑或 | ab全为False时，计算结果为False，否则为True | a or b |
Python中的“逻辑与”和“逻辑或”都采用“短路”设计，例如a and
b，如果a为True，则不计算b（因为不论 b为何值，“与”操作的结果都为False）；而对于a
or b，如果a为True，则不计算b（因为不论b为何值，“或”操作的结果都为True）。
这种短路形式的设计，使他们在计算过程中就像电路短路一样采用最优化的计算方式，从而提高效率。示例代码如下：
# 代码文件：chapter7/7.3/hello.py
i = 0
a = 10
b = 9
if a > b or i == 1:
print("或运算为 真")
else:
print("或运算为 假")
if a < b and i == 1:
print("与运算为 真")
else:
print("与运算为 假")
def f1(): ①
return a > b
def f2(): ②
print('--f2--')
return a == b
print(f1() or f2()) ③
输出结果如下：
或运算为 真
与运算为 假
True
上述代码第①行和第②行定义的两个函数，函数返回的是布尔值。代码第③行进行“或”运算，由于短路计算，f1函数返回True之后，f2函数不再调用。
位运算符
位运算是以二进位（bit）为单位进行运算的，操作数和结果都是整型数据。位运算符有如下几个运算符：&、|、^、~、>>和<<，具体说明参见表7-4。
表 7‑4 位运算符
| 运算符 | 名 称 | 例 子 | 说 明 |
|---|---|---|---|
| ~ | 位反 | ~x | 将x的值按位取反 |
| & | 位与 | x & y | x与y位进行位与运算 |
| | | 位或 | x | y | x与y位进行位或运算 |
| ^ | 位异或 | x ^ y | x与y位进行位异或运算 |
| >> | 有符号右移 | x >> a | x右移a位，高位采用符号位补位 |
| << | 左移 | x << a | x左移a位，低位用0补位 |
位运算示例代码：
# 代码文件：chapter7/7.4/hello.py
a = 0b10110010 ①
b = 0b01011110 ②
print("a | b = {0}".format(a | b)) # 0b11111110 ③
print("a & b = {0}".format(a & b)) # 0b00010010 ④
print("a ^ b = {0}".format(a ^ b)) # 0b11101100 ⑤
print("~a = {0}".format(~a)) # -179 ⑥
print("a >> 2 = {0}".format(a >> 2)) # 0b00101100 ⑦
print("a << 2 = {0}".format(a << 2)) # 0b11001000 ⑧
c = -0b1100 ⑨
print("c >> 2 = {0}".format(c >> 2)) # -0b00000011 ⑩
print("c << 2 = {0}".format(c << 2)) # -0b00110000 ⑪
输出结果如下：
a | b = 254
a & b = 18
a ^ b = 236
~a = -179
a >> 2 = 44
a << 2 = 712
c >> 2 = -3
c << 2 = -48
上述代码中，在第①行和第②行分别声明了整数变量a和b，采用二进制表示方式。第⑨行声明变量c，采用二进制表示的负整数。
注意
a和b位数是与本机相关的，虽然只写出了8位，但笔者计算机是64位的，所以a和b都是64位数字，只是在本例中省略了前56个零。位数的不这会影响位反和位移运算。
代码第③行(a |
b)表达式是进行位或运算，结果是二进制的0b11111110（十进制是254），它的运算过程如图7-1所示。从图中可见，a和b按位进行或计算，只要有一个为1，这一位就为1，否则为0。
代码第④行(a &
b)是进行位与运算，结果是二进制的0b00010010（十进制是18），它的运算过程如图7-2所示。从图中可见，a和b按位进行与计算，只有两位全部为1，这一位才为1，否则为0。
代码第⑤行(a ^
b)是进行位异或运算，结果是二进制的0b11101100（十进制是236），它的运算过程如图7-3所示。从图中可见，a和b按位进行异或计算，只有两位相反时这一位才为1，否则为0。
代码第⑥行(~a)是按位取反运算，这个过程中需要补码运算，而且与计算机位数有关。笔者使用的64位机，计算结果所是
-179。
代码第⑦行(a >>
2)是进行右位移2位运算，结果是二进制的0b00101100（十进制是44），它的运算过程如图7-4所示。从图中可见，a的低位被移除掉，高位用0补位（注意最高为不是1，而是0，在1前面还有56个0）。
代码第⑧行(a <<
2)是进行左位移2位运算，结果是二进制的0b1011001000（十进制是712），它的运算过程如图7-5所示。从图中可见，由于本机是64位，所以高位不会移除掉，低位用0补位。但是需要注意如果本机是8位的，高位会被移除掉，结果是二进制的0b11001000（十进制是310）。
提示
代码第⑩行和第⑪行是对负数进行位运算，负数也涉及到补码运算，如果对负数位移运算不理解可以先忽略负号当成正整数运行，然后运算出结果再加上负号。
提示 有符号右移n位，相当于操作数除以2n，例如代码第⑦行(a >>
2)表达式相当于(a / 22)， 178 /
4所以结果等于12。另外，左位移n位，相当于操作数乘以2n，例如代码第⑩行(a <<
2)表达式相当于(a * 22)，178 * 4所以结果等于712，类似的还有代码第⑧行。
赋值运算符
赋值运算符只是一种简写，一般用于变量自身的变化，例如a与其操作数进行运算结果再赋值给a，算术运算符和位运算符中的二元运算符都有对应的赋值运算符。具体说明参见表7-5。
表 7‑5 算术赋值运算符
| 运算符 | 名称 | 例子 | 说明 |
|---|---|---|---|
| += | 加赋值 | a += b | 等价于a = a + b |
| -= | 减赋值 | a -= b | 等价于a = a - b |
| *= | 乘赋值 | a *= b | 等价于a = a * b |
| /= | 除赋值 | a /= b | 等价于a = a / b |
| %= | 取余赋值 | a %= b | 等价于a = a % b |
| **= | 幂赋值 | a **= b | 等价于a = a ** b |
| //= | 地板除法赋值 | a //= b | 等价于a = a // b |
| &= | 位与赋值 | a &= b | 等价于a = a&b |
| |= | 位或赋值 | a |= b | 等价于a = a|b |
| ^= | 位异或赋值 | a ^= b | 等价于a = a^b |
| <<= | 左移赋值 | a <<= b | 等价于a = a< |
| >>= | 右移赋值 | a >>= b | 等价于a = a>>b |
示例代码如下：
# 代码文件：chapter7/7.5/hello.py
a = 1
b = 2
a += b # 相当于a = a + b
print("a | b = {0}".format(a)) # 输出结果3
a += b + 3 # 相当于 a = a + b + 3
print("a + b + 3 = {0}".format(a)) # 输出结果7
a -= b # 相当于a = a - b
print("a - b = {0}".format(a)) # 输出结果6
a *= b # 相当于a = a * b
print("a * b = {0}".format(a)) # 输出结果12
a /= b # 相当于a = a / b
print("a / b = {0}".format(a)) # 输出结果6
a %= b # 相当于a = a % b
print("a % b = {0}".format(a)) # 输出结果0
a = 0b10110010
b = 0b01011110
a |= b
print("a | b = {0}".format(a))
a ^= b
print("a ^ b = {0}".format(a ^ b))
输出结果如下：
a | b = 3
a + b + 3 = 8
a - b = 6
a * b = 12
a / b = 6.0
a % b = 0.0
a | b = 254
a ^ b = 254
上述例子分别对整型进行了赋值运算，具体语句不再赘述。
其他运算符
除了前面介绍的主要运算符，Python还有一些其他运算符，本节先介绍其中两个“测试”相关重要的运算符，其他运算符会后面涉及到相关内容时再详细介绍。这两个“测试”运算符是：同一性测试运算符和成员测试运算符，所谓“测试”就是判断之意，因此他们的运算结果是布尔值，他们也属于关系运算符。
同一性测试运算符
同一性测试运算符就是测试两个对象是否同一个对象，类似于==运算符，不同之处，是测试两个对象的内容是否相同，当然如果是同一对象也返回True。
同一性测试运算符有两个：is和is not，is是判断是同一对象，is
not是判断不是同一对象。示例代码如下：
# coding=utf-8
# 代码文件：chapter7/7.6/ch7.6.1.py
class Person: ①
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
p1 = Person('Tony', 18)
p2 = Person('Tony', 18)
print(p1 == p2) # False
print(p1 is p2) # False
print(p1 != p2) # True
print(p1 is not p2) # True
上述代码第①行自定义类Person，它有两个实例变量name和age，然后创建了两个Person对象p1和p2，他们具有相同的name和age实例变量。那么是否可以说p1与p2是同一个对象（p1
is p2为True）？程序运行结果不是，因为这里实例化了两个Person对象（Person(‘Tony’,
18)语句是创建对象）。
那么p1 ==
p2为什么会返回False呢？因为==虽然是比较两个对象的内容是否相当，但是也需要告诉对象比较的规则是什么，是比较name还是age？这需要在定义类时重写__eq__方法，指定比较规则。修改代码如下：
class Person:
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
def __eq__(self, other):
if self.name == other.name and self.age == other.age:
return True
else:
return False
p1 = Person('Tony', 18)
p2 = Person('Tony', 18)
print(p1 == p2) # True
print(p1 is p2) # False
print(p1 != p2) # False
print(p1 is not p2) # True
上述代码重写__eq__方法，其中定义了只有在name和age都同时相当时，两个Person对象p1和p2才相等，即p1
== p2为True。注意p1 is
p2还是为False的。有关类和对象等细节问题读者想必要关心，只需要知道is和==两种运算符的不同即可。
成员测试运算符
成员测试运算符可以测试在一个序列（sequence）对象中是否包含某一个元素，成员测试运算符有两个：in和not
in，in是测试是否包含某一个元素，not in是测试是否不包含某一个元素。
示例代码如下：
# coding=utf-8
# 代码文件：chapter7/7.6/ch7.6.2.py
string_a = 'Hello'
print('e' in string_a) # True ①
print('ell' not in string_a) # False ②
list_a = [1, 2]
print(2 in list_a) # True ③
print(1 not in list_a) # False ④
上述代码中第①行是判断字符串Hello中是否包含e字符，第②行是判断字符串Hello中是否不包含e字符串ell，这里需要注意的是字符串本质也属于序列，此外还有列表和元组都属于序列，有关序列的知识会在第9章详细介绍。
代码第③行是判断list_a 列表中是否包含2元素，代码第④行是判断list_a
列表中是否不包含1元素。
运算符优先级
在一个表达式计算过程中，运算符的优先级非常重要。表7-6中从上到下优先级从高到低，同一行具有相同的优先级。
表 7‑6运算符优先级
| 优先级 | 运算符 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | () | 小括号 |
| 2 | f(参数) | 函数调用 |
| 3 | [start:end], [startstep] | 分片 |
| 4 | [index] | 下标 |
| 5 | . | 引用类成员 |
| 6 | ** | 幂 |
| 7 | ~ | 位反 |
| 8 | +, - | 正负号 |
| 9 | *, /, % | 乘法、除法、取余 |
| 10 | +, - | 加法、减法 |
| 11 | <<, >> | 位移 |
| 12 | & | 位与 |
| 13 | ^ | 位异或 |
| 14 | | | 位或 |
| 15 | in, not in, is, is not, <, <=, >, >=,<>, !=, == | 比较 |
| 16 | not | 逻辑非 |
| 17 | and | 逻辑与 |
| 18 | or | 逻辑或 |
| 19 | lambda | Lambda表达式 |
通过表7-6所示读者对运算符优先级有一个大体上了解，知道运算符优先级大体顺序从高到低是：算术运算符→位运算符→关系运算符→逻辑运算符→赋值运算符。还有一些运算符还没有介绍，会在后面的逐一介绍。
本章小结
通过对本章内容的学习，读者可以了解到Python语言运算符，这些运算符包括：算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符和其他运算符。最后介绍了Python运算符优先级。
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