詳解7類Python運(yùn)算符及代碼舉例
導(dǎo)讀：運(yùn)算這一概念起源于數(shù)學(xué)，即通過運(yùn)算法使參與運(yùn)算的元素得出確定且可重復(fù)的結(jié)果。作為計(jì)算機(jī)的核心功能，運(yùn)算架構(gòu)起計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯體系。計(jì)算機(jī)運(yùn)算并不局限于普通的數(shù)學(xué)計(jì)算，它更貼近于“邏輯推算”這一概念，其根本目的就是實(shí)現(xiàn)邏輯推算。
運(yùn)算符是運(yùn)算法則的具體體現(xiàn)。Python提供了算術(shù)運(yùn)算符、賦值運(yùn)算符、比較運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、位運(yùn)算符、身份運(yùn)算符和成員運(yùn)算符7類運(yùn)算符，從而實(shí)現(xiàn)了豐富多樣的運(yùn)算功能。
01 算術(shù)運(yùn)算符
算術(shù)運(yùn)算符是對(duì)運(yùn)算數(shù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算的一系列符號(hào)，能夠滿足一般的運(yùn)算需求。Python中的算術(shù)運(yùn)算符如下所示。
- +：加，兩個(gè)對(duì)象相加
- -：減，得到負(fù)數(shù)或一個(gè)數(shù)減去另一個(gè)數(shù)
- *：乘，兩個(gè)數(shù)相乘或返回一個(gè)被重復(fù)若干次的字符串
- /：除，x除以y
- %：取模，返回除法的余數(shù)
- **：冪，返回x的y次冪
- //：取整除，返回商的整數(shù)部分
算術(shù)運(yùn)算結(jié)果的數(shù)字類型與運(yùn)算數(shù)的類型有關(guān)。進(jìn)行除法（/）運(yùn)算時(shí)，不管商為整數(shù)還是浮點(diǎn)數(shù)，運(yùn)算結(jié)果始終為浮點(diǎn)數(shù)。要得到整型的商，需要用雙斜杠（//）做整除，且除數(shù)必須是整型的。對(duì)于其他的運(yùn)算，只要任一運(yùn)算數(shù)為浮點(diǎn)數(shù)，運(yùn)算結(jié)果就是浮點(diǎn)數(shù)。Python算術(shù)運(yùn)算的基礎(chǔ)使用方法如下所示。
- num_int = 4
- num_float = 4.0
- print('整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的和為：', num_int + num_float)
- #Out[1]: 整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的和為：8.0
- print('整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的差為：', num_int - num_float)
- #Out[2]: 整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的差為： 0.0
- print('整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的積為：', num_int * num_float)
- #Out[3]: 整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)的積為：16.0
- print('浮點(diǎn)數(shù)與整數(shù)的商為：', num_float / num_int)
- #Out[4]: 浮點(diǎn)數(shù)與整數(shù)的商為：1.0
- print('浮點(diǎn)數(shù)對(duì)整數(shù)取模結(jié)果為：', num_float % num_int)
- #Out[5]: 浮點(diǎn)數(shù)對(duì)整數(shù)取模結(jié)果為： 0.0
- print('浮點(diǎn)數(shù)的整數(shù)次冪為：', num_float ** num_int)
- #Out[6]: 浮點(diǎn)數(shù)的整數(shù)次冪為：256.0
02 賦值運(yùn)算符
賦值運(yùn)算符用于變量的賦值和更新。Python的賦值運(yùn)算符除基礎(chǔ)賦值運(yùn)算符（=）外，還包括加法賦值運(yùn)算符、減法賦值運(yùn)算符等。嚴(yán)格地說，除基礎(chǔ)賦值運(yùn)算符外，其他都屬于特殊的賦值運(yùn)算符。Python中的賦值運(yùn)算符如下所示。
- =：賦值運(yùn)算
- +=：加法賦值運(yùn)算
- -=：減法賦值運(yùn)算
- *=：乘法賦值運(yùn)算
- /=：除法賦值運(yùn)算
- %=：取模賦值運(yùn)算
- **=：冪賦值運(yùn)算
- //=：取整除賦值運(yùn)算
表2-2中的特殊賦值運(yùn)算符可以看作變量的快速更新，更新意味著該變量是存在的，而對(duì)于一個(gè)之前不存在的變量，不能使用特殊的賦值運(yùn)算符。Python賦值運(yùn)算的基礎(chǔ)使用方法如下所示。
- num_int1 = 4
- print('賦值后num_int1為：', num_int1)
- #Out[7]: 賦值后num_int1為：4
- num_int1 = 4 + 6
- print('賦值后num_int1為：', num_int1)
- #Out[8]: 賦值后num_int1為：10
- num_int1 = 4 * 2
- print('賦值后num_int1為：', num_int1)
- #Out[9]: 賦值后num_int1為：8
- num_int1 = 4 / 2
- print('賦值后num_int1為：', num_int1)
- #Out[10]: 賦值后num_int1為：2.0
- num_int1 = 4 % 2
- print('賦值后num_int1為：', num_int1)
- #Out[11]: 賦值后num_int1為： 0
- num_int1 = 4 ** 2
- print('賦值后num_int1為：', num_int1)
- #Out[12]: 賦值后num_int1為：16
03 比較運(yùn)算符
比較運(yùn)算符用于對(duì)比數(shù)之間的大小或是否相等。Python中的比較運(yùn)算符如下所示。
- ==：表示等于，比較對(duì)象是否相等
- !=：表示不等于，比較兩個(gè)對(duì)象是否不等
- >：表示大于，返回x是否大于y
- <：表示小于，返回x是否小于y。所有比較運(yùn)算符返回1表示真，返回0表示假。這分別與特殊的變量True和False等價(jià)。注意，這些變量名的首字母大寫
- >=：表示大于等于，返回x是否大于等于y
- <=：表示小于等于，返回x是否小于等于y
比較運(yùn)算符也可用于字符之間的比較。Python中的字符使用ASCII編碼，每個(gè)字符都有屬于自己的ASCII碼，字符比較的本質(zhì)是字符ASCII碼的比較。Python比較運(yùn)算的基礎(chǔ)使用方法如下所示。
- num_int = 4
- num_float = 4.0
- print('num_int與num_float是否相等：', num_int == num_float)
- #Out[13]: num_int與num_float是否相等：True
- print('num_int與num_float是否不相等：', num_int != num_float)
- #Out[14]: num_int與num_float是否不等：False
- print('num_int是否大于num_float：', num_int > num_float)
- #Out[15]: num_int是否大于num_float：False
- print('num_int是否小于num_float：', num_int < num_float)
- #Out[16]: num_int是否小于num_float：False
- print('num_int是否大于等于numfloat：', num_int >= num_float)
- #Out[17]: num_int是否大于等于numfloat：True
- print('num_int是否小于等于num_float：', num_int <= num_float)
- #Out[18]: num_int是否小于等于num_float：True
04 邏輯運(yùn)算符
邏輯運(yùn)算即判斷事物之間的“與”“或”“非”關(guān)系，Python中的邏輯運(yùn)算符包含and、or、not，如下所示。
- and，x and y：表示與，x為False時(shí)，“x and y”返回False，否則返回y的計(jì)算值
- or，x or y：表示或，x為True時(shí)，“x or y”返回x的值，否則返回y的計(jì)算值
- not，not x：表示非，x為True時(shí)，“not x”返回False，否則返回True
Python邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)使用方法如下所示。
- num_bool1 = False
- num_bool2 = True
- print('num_bool1 and num_bool2返回值為：', num_bool1 and num_bool2)
- #Out[19]: num_bool1 and num_bool2返回值為：False
- print('num_bool1 or num_bool2返回值為：', num_bool1 or num_bool2)
- #Out[20]: num_bool1 or num_bool2返回值為：True
- print('not num_bool2的返回值為：', not (num_bool2))
- #Out[21]: not num_bool2的返回值為：False
05 按位運(yùn)算符
十進(jìn)制數(shù)被人們廣泛使用，但對(duì)于計(jì)算機(jī)而言，二進(jìn)制數(shù)反而是更重要的，計(jì)算機(jī)的一切計(jì)算都建立在二進(jìn)制數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)上。按位運(yùn)算是一種將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)為二進(jìn)制數(shù)再進(jìn)行運(yùn)算的過程。Python中的位運(yùn)算符如下所示。
- &：表示按位與，參與運(yùn)算的兩個(gè)值相應(yīng)位都為1，則該位的結(jié)果為1，否則為0
- |：表示按位或，只要對(duì)應(yīng)的兩個(gè)二進(jìn)制位有一個(gè)為1，結(jié)果位就為1
- ^：表示按位異或，當(dāng)兩個(gè)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位相異時(shí)，結(jié)果為1
- ~：表示按位取反，對(duì)每個(gè)二進(jìn)制位取反，把1變?yōu)?，把0變?yōu)?。~x類似于-x-1
- <<：表示左移，二進(jìn)制位左移，由“<<”右邊的數(shù)指定移動(dòng)位數(shù)，高位丟棄，低位補(bǔ)0
- >>：表示右移，“>>”左邊運(yùn)算數(shù)的二進(jìn)制位全部右移，“>>”右邊的數(shù)指定移動(dòng)的位數(shù)
Python按位運(yùn)算的基礎(chǔ)使用方法如下所示。
- num_int1 = 15 # 15 = 00001111
- num_int2 = 23 # 23 = 00010111
- # 按位與，num_int1 & num_int2 = 00000111
- print('num_int1按位與num_int2結(jié)果為：', num_int1 & num_int2)
- #Out[22]: num_int1按位與num_int2結(jié)果為：7
- # 按位或，num_int1 | num_int2 = 00011111
- print('num_int1按位或num_int2結(jié)果為：', num_int1 | num_int2)
- #Out[23]: num_int1按位或num_int2結(jié)果為：31
- # 按位異或，num_int1 ^ num_int2 = 00011000
- print('num_int1按位異或num_int2結(jié)果為：', num_int1 ^ num_int2)
- #Out[24]: num_int1按位異或num_int2結(jié)果為：24
- # 按位取反，~ num_int1 = 11110000
- print('num_int1按位取反結(jié)果為：', ~ num_int1)
- #Out[25]: num_int1按位取反結(jié)果為： -16
- # 左移動(dòng)兩位，num_int1 << 22 = 00111100
- print('num_int1左移動(dòng)兩位結(jié)果為：', num_int1 << 2)
- #Out[26]: num_int1左移動(dòng)兩位結(jié)果為：60
- # 右移動(dòng)兩位，num_int1 >> 2 = 00000011
- print('num_int1右移動(dòng)兩位結(jié)果為：', num_int1 >> 2)
- #Out[27]: num_int1右移動(dòng)兩位結(jié)果為：3
在按位運(yùn)算中，取反運(yùn)算較難理解，因?yàn)樯婕把a(bǔ)碼的計(jì)算。
十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制原碼包括符號(hào)位和二進(jìn)制值。以“60”為例，其二進(jìn)制原碼為“00111100”，第1位為符號(hào)位，0代表正數(shù)，1則代表負(fù)數(shù)。正數(shù)的補(bǔ)碼與二進(jìn)制原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼則為二進(jìn)制原碼符號(hào)位保持不變，其余各位取反后再在最后一位上加1。
取反操作可以總結(jié)為以下5個(gè)步驟。
- 取十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制原碼。
- 對(duì)原碼取補(bǔ)碼。
- 補(bǔ)碼取反（得到最終結(jié)果的補(bǔ)碼）。
- 取反結(jié)果再取補(bǔ)碼（得到最終結(jié)果的原碼）。
- 二進(jìn)制原碼轉(zhuǎn)十進(jìn)制數(shù)。
06 身份運(yùn)算符
身份運(yùn)算符用于比較兩個(gè)對(duì)象的儲(chǔ)存單位，如下所示。
- is：is用于判斷兩個(gè)對(duì)象的儲(chǔ)存單位是否相同
- is not：is not用于判斷兩個(gè)對(duì)象的儲(chǔ)存單位是否不同
Python身份運(yùn)算的基礎(chǔ)使用方法如下所示。
- num_int1 = 15
- num_int3 = 15
- print('num_int1與num_int3儲(chǔ)存單位是否相同：', num_int1 is num_int3)
- #Out[28]: num_int1與num_int3儲(chǔ)存單位是否相同：True
- num_int2 = 15.0
- print('num_int1與num_int2儲(chǔ)存單位是否相同：', num_int1 is num_int2)
- #Out[29]: num_int1與num_int2儲(chǔ)存單位是否相同：False
- # 如果儲(chǔ)存單位相同就返回True，否則返回False
- print('num_int1與num_int3儲(chǔ)存單位是否不同：', num_int1 is not num_int3)
- #Out[30]: num_int1與num_int3儲(chǔ)存單位是否不同：False
- print('num_int1與num_int2儲(chǔ)存單位是否不同：', num_int1 is not num_int2)
- #Out[31]: num_int1與num_int2儲(chǔ)存單位是否不同：True
在身份運(yùn)算中，內(nèi)存地址相同的兩個(gè)變量進(jìn)行is運(yùn)算時(shí)，返回True；內(nèi)存地址不同的兩個(gè)變量進(jìn)行is not運(yùn)算時(shí)，返回True。當(dāng)a、b獲取到一樣的值時(shí)，兩個(gè)變量就獲取同樣的內(nèi)存地址。
07 成員運(yùn)算符
成員運(yùn)算符的作用是判斷某個(gè)指定值是否存在某一序列中，包括字符串、列表和元組，如下所示。
- in：如果在指定序列中找到指定值，返回True，否則返回False
- not in：如果在指定序列中沒找到指定值，返回True，否則返回False
Python成員運(yùn)算的基礎(chǔ)使用方法如下所示。
- num_int1 = 15
- list2 = [1, 'apple', 15]
- print('num_int1是否在list2中：', num_int1 in list2)
- #Out[32]: num_int1是否在list2中：True
- array = ('orange', 6, 15)
- print('num_int1是否不在array中：', num_int1 not in array)
- #Out[33]: num_int1是否不在array中：False
08 運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)
在Python中，運(yùn)算符操作很常見，運(yùn)算通常以表達(dá)式的形式進(jìn)行。表達(dá)式由運(yùn)算符和運(yùn)算數(shù)組成，比如“1＋2”就是一個(gè)表達(dá)式，其中的“＋”是運(yùn)算符，“1”和“2”則是運(yùn)算數(shù)。一個(gè)表達(dá)式往往包含不止一個(gè)運(yùn)算符，當(dāng)一個(gè)表達(dá)式中存在多個(gè)運(yùn)算符時(shí)，就需要考慮運(yùn)算的順序，即運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)。
運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)如下所示，優(yōu)先級(jí)從上往下依次降低，同一優(yōu)先級(jí)的運(yùn)算符按從左到右的順序進(jìn)行運(yùn)算。
- **：指數(shù)（最高優(yōu)先級(jí)）
- ~ + -：按位翻轉(zhuǎn)，一元加號(hào)和減號(hào)（最后兩個(gè)的方法名為+@和-@）
- * / % //：乘、除、取模和取整除
- + -：加法、減法
- >> <<：右移、左移運(yùn)算符
- &：位“AND”
- ^ |：位運(yùn)算符
- <= < > >=：比較運(yùn)算符
- <> == !=：等于運(yùn)算符
- = %= /= //= -= += *= **=：賦值運(yùn)算符
- is is not：身份運(yùn)算符
- in not in：成員運(yùn)算符
- and or not：邏輯運(yùn)算符
運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)的基礎(chǔ)使用方法如下所示。
- # 先執(zhí)行乘除法運(yùn)算，再執(zhí)行加減法運(yùn)算
- print('num_float + num_int1 / num_int3 =', num_float + num_int1 / num_int3)
- #Out[34]: num_float + num_int1 / num_int3 = 5.0
- # 先執(zhí)行加減法運(yùn)算，再執(zhí)行比較運(yùn)算
- print('num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3：',
- num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3)
- #Out[35]: num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3：False
- # 先執(zhí)行加減法運(yùn)算，再做身份判斷
- print('num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1：',
- num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1)
- #Out[36]: num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1：True
- # 先執(zhí)行指數(shù)運(yùn)算，再執(zhí)行減法運(yùn)算，最后做身份判斷
- print('num_float ** 2 - 1 is not num_int2：',
- num_float ** 2 - 1 is not num_int2)
- #Out[37]: num_float ** 2 - 1 is not num_int2：True
