Python 3 - 基本运算符

Python 3 - 基本运算符

运算符（Operators）是 Python 中对值执行操作的特殊符号或关键字。运算符作用于的值称为操作数（operands）。例如，在表达式 5 + 3 中，+ 是运算符，5 和 3 是操作数。

运算符类型

Python 包含几种类别的运算符：

• 算术运算符 (Arithmetic Operators)
• 比较（关系）运算符 (Comparison (Relational) Operators)
• 赋值运算符 (Assignment Operators)
• 逻辑运算符 (Logical Operators)
• 位运算符 (Bitwise Operators)
• 成员运算符 (Membership Operators)
• 身份运算符 (Identity Operators)

让我们来探讨每种类型。

Python 算术运算符

这些运算符执行标准的数学运算。假设 a = 10 和 b = 3：

运算符	名称	描述	示例 (a=10, b=3)
+	加法	将操作数相加。	a + b 是 13
-	减法	从左操作数减去右操作数。	a - b 是 7
*	乘法	将操作数相乘。	a * b 是 30
/	除法	用左操作数除以右操作数（结果始终是浮点数）。	a / b 是 3.333...
%	取模	返回除法的余数。	a % b 是 1
**	幂运算	将左操作数提升到右操作数的幂。	a ** b 是 1000
//	整除	执行除法并向下取整到最接近的整数。	a // b 是 3。-10 // 3 是 -4。

#!/usr/bin/env python3
a = 10
b = 3
print(f"a + b = {a + b}")
print(f"a - b = {a - b}")
print(f"a * b = {a * b}")
print(f"a / b = {a / b}")
print(f"a % b = {a % b}")
print(f"a ** b = {a ** b}")
print(f"a // b = {a // b}")
print(f"-10 // 3 = {-10 // 3}") # 注意负数的整除

Python 比较（关系）运算符

这些运算符比较两个值并返回一个布尔结果（True 或 False）。假设 a = 10 和 b = 20：

运算符	名称	描述	示例 (a=10, b=20)
==	等于	检查值是否相等。	a == b 是 False
!=	不等于	检查值是否不相等。	a != b 是 True
>	大于	检查左操作数是否更大。	a > b 是 False
<	小于	检查左操作数是否更小。	a < b 是 True
>=	大于或等于	检查左操作数是否大于或等于。	a >= b 是 False
<=	小于或等于	检查左操作数是否小于或等于。	a <= b 是 True

#!/usr/bin/env python3
a = 10
b = 20
print(f"a == b: {a == b}")
print(f"a != b: {a != b}")
print(f"a > b: {a > b}")
print(f"a < b: {a < b}")
print(f"a >= b: {a >= b}")
print(f"a <= b: {a <= b}")

Python 赋值运算符

这些运算符将值赋给变量（variables）。基本赋值运算符是 =. 复合赋值运算符（Combined operators）在一个步骤中执行操作并赋值结果。假设 c 最初是 10 进行复合赋值：

运算符	示例	等价于
=	x = 5	x = 5
+=	c += 5	c = c + 5 (c 变为 15)
-=	c -= 3	c = c - 3 (c 变为 7)
*=	c *= 2	c = c * 2 (c 变为 20)
/=	c /= 4	c = c / 4 (c 变为 2.5)
%=	c %= 3	c = c % 3 (c 变为 1)
**=	c **= 3	c = c ** 3 (c 变为 1000)
//=	c //= 3	c = c // 3 (c 变为 3)

#!/usr/bin/env python3
c = 10
print(f"Initial c: {c}") # 初始 c
c += 5
print(f"After c += 5: {c}") # c += 5 后
c //= 6
print(f"After c //= 6: {c}") # c //= 6 后

Python 逻辑运算符

这些运算符组合条件语句（conditional statements）并返回 True 或 False。假设 x = True 和 y = False：

运算符	描述	示例 (x=True, y=False)
and	如果两个操作数都为真，则返回 True。	x and y 是 False
or	如果至少一个操作数为真，则返回 True。	x or y 是 True
not	反转逻辑状态（True 变为 False，False 变为 True）。	not x 是 False

逻辑运算符使用短路评估（short-circuiting）：and 在第一个操作数为假时停止评估；or 在第一个操作数为真时停止评估。

#!/usr/bin/env python3
age = 25
has_permission = False

if age >= 18 and has_permission:
    print("Access granted.") # 访问被授权
else:
    print("Access denied.") # 访问被拒绝

if age < 18 or age > 65:
    print("Eligible for discount.") # 符合折扣条件
else:
    print("Standard price applies.") # 适用标准价格

print(f"Not has_permission: {not has_permission}") # has_permission 的非

Python 成员运算符

这些运算符测试某个值是否存在于序列（sequence）（如列表、元组、字符串）中。假设 my_list = [1, 2, 3]：

运算符	描述	示例 (my_list = [1, 2, 3])
in	如果值在序列中找到，则返回 True。	2 in my_list 是 True
not in	如果值不在序列中找到，则返回 True。	4 not in my_list 是 True

#!/usr/bin/env python3
my_list = [1, 2, 3, 'a', 'b']
name = "Python"

print(f"Is 3 in my_list? {3 in my_list}") # 3 在 my_list 中吗？
print(f"Is 'c' not in my_list? {'c' not in my_list}") # 'c' 不在 my_list 中吗？
print(f"Is 'th' in name? {'th' in name}") # 'th' 在 name 中吗？

Python 身份运算符

这些运算符比较两个对象的内存地址（memory locations），检查它们是否是完全相同的对象（object），而不仅仅是值相等。

运算符	描述	示例
is	如果两个变量指向同一个对象，则返回 True。	x is y
is not	如果变量指向不同的对象，则返回 True。	x is not y

使用 is 时要小心。对于像整数（较小的）和字符串这样的不可变类型（immutable types），Python 可能会重用对象，导致 is 意外地返回 True。它主要用于检查单例（singletons），如 None。

#!/usr/bin/env python3
a = [1, 2, 3]
b = [1, 2, 3]
c = a

print(f"a == b: {a == b}")   # True (值相等)
print(f"a is b: {a is b}")   # False (内存中的不同对象)
print(f"a == c: {a == c}")   # True (值相等)
print(f"a is c: {a is c}")   # True (指向同一个对象)

# 'is' 的常见用例
value = None
if value is None:
    print("Value is None")

if value is not None:
    print("Value is not None")

Python 位运算符

这些运算符直接对整数的二进制（位）表示执行操作。它们在一般脚本中不那么常见，但在特定领域（如低级编程或数据操作）中使用。假设 a = 60 (0011 1100) 和 b = 13 (0000 1101)：

运算符	名称	描述	示例 (a=60, b=13)
&	按位与	如果对应的两个位都是 1，则将该位设置为 1。	a & b 是 12 (0000 1100)
|	按位或	如果对应的两个位中至少有一个是 1，则将该位设置为 1。	a | b 是 61 (0011 1101)
^	按位异或	如果对应的两个位中只有一个是 1，则将该位设置为 1。	a ^ b 是 49 (0011 0001)
~	按位非（补码）	反转所有位（0 变为 1，1 变为 0）。结果取决于有符号表示。	~a 是 -61
<<	左移	将位左移，用零填充（乘以 2^n）。	a << 2 是 240 (1111 0000)
>>	右移	将位右移（除以 2^n，丢弃余数）。	a >> 2 是 15 (0000 1111)

你可以使用内置的 bin() 函数查看二进制表示：

#!/usr/bin/env python3
a = 60
b = 13
print(f"a = {a} ({bin(a)}), b = {b} ({bin(b)})") # a = 60 (0b111100), b = 13 (0b1101)
print(f"a & b = {a & b} ({bin(a & b)})") # a & b = 12 (0b1100)
print(f"a | b = {a | b} ({bin(a | b)})") # a | b = 61 (0b111101)
print(f"a ^ b = {a ^ b} ({bin(a ^ b)})") # a ^ b = 49 (0b110001)
print(f"~a = {~a} ({bin(~a)}) # 注意：使用补码表示")
print(f"a << 2 = {a << 2} ({bin(a << 2)})") # a 左移 2 位
print(f"a >> 2 = {a >> 2} ({bin(a >> 2)})") # a 右移 2 位

Python 运算符优先级

当表达式包含多个运算符时，Python 遵循特定的优先级顺序来确定先执行哪个操作。括号 () 可以用来覆盖这个顺序。

下表列出了从最高优先级（最先执行）到最低优先级的运算符：

优先级	运算符	描述
最高	()	括号
	**	幂运算
	+x, -x, ~x	一元加、减、按位非
	*, /, //, %	乘法、除法、整除、取模
	+, -	加法、减法
	<<, >>	位移
	&	按位与
	^	按位异或
	|	按位或
	in, not in, is, is not, <, <=, >, >=, !=, ==	比较、成员、身份运算符
	not x	逻辑非
	and	逻辑与
最低	or	逻辑或

示例：

#!/usr/bin/env python3
result = 5 + 3 * 2 # 乘法 (*) 的优先级高于加法 (+)
print(f"5 + 3 * 2 = {result}") # 输出: 11

result = (5 + 3) * 2 # 括号覆盖了优先级
print(f"(5 + 3) * 2 = {result}") # 输出: 16

result = 10 / 2 + 3 # 除法 (/) 的优先级高于加法 (+)
print(f"10 / 2 + 3 = {result}") # 输出: 8.0