【0009】Python运算符详解

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本文内容体系结构如下：

运算符是用于执行各种运算的符号，例如加法、减法、乘法等。Python中的运算符可以分为算术运算符、赋值运算符、比较运算符、逻辑运算符、位运算符、成员运算符和身份运算符等。本文将详细讲解各个运算符的使用。

一、算术运算符

Python中的算术运算符主要用于执行数值计算，包括整数和浮点数的加减乘除等基本运算。具体运算符内容如下：

1.1 加法（+）

用于两个数相加。

result = 5 + 3
print(result)  # 输出8

1.2 减法（-）

用于两个数相减。

result = 5 - 3
print(result)  # 输出2

1.3 乘法（*）

用于两个数相乘。

result = 5 * 3
print(result)  # 输出15

1.4 除法（/）

用于两个数相除，得到浮点数结果。

result = 5 / 3
print(result)  # 输出1.6666666666666667

1.5 取余（%）

用于计算两个数相除的余数。

result = 5 % 3
print(result)  # 输出2

1.6 整除（//）

用于两个数相除，得到商的整数部分（向下取整）。

result = 5 // 3
print(result)  # 输出1

1.7 幂运算（**）

用于计算一个数的幂次方。

result = 2 ** 3
print(result)  # 输出8

二、赋值运算符

Python中的赋值运算符主要用于将值赋给变量，常用赋值运算符如下所示：

2.1 简单赋值（=）

用于将值赋给变量。

a = 5

2.2 加法赋值（+=）

将右侧的值加到左侧变量的当前值上，并重新赋值给左侧变量。

a = 5
a += 3
print(a)  # 输出8

2.3 减法赋值（-=）

从左侧变量的当前值中减去右侧的值，并重新赋值给左侧变量。

a = 5
a -= 3
print(a)  # 输出2

2.4 乘法赋值（*=）

将左侧变量的当前值与右侧的值相乘，并重新赋值给左侧变量。

a = 5
a *= 3
print(a)  # 输出15

2.5 除法赋值（/=）

将左侧变量的当前值除以右侧的值，并将结果（浮点数）重新赋值给左侧变量。

a = 5
a /= 3
print(a)  # 输出1.6666666666666667

2.6 取余赋值（%=）

将左侧变量的当前值与右侧的值相除，并将余数重新赋值给左侧变量。

a = 5
a %= 3
print(a)  # 输出2

2.7 整除赋值（//=）

将左侧变量的当前值与右侧的值相除，并将商的整数部分（向下取整）重新赋值给左侧变量。

a = 5
a //= 3
print(a)  # 输出1

2.8 幂赋值（**=）

将左侧变量的当前值提升到右侧值的幂次方，并重新赋值给左侧变量。

a = 2
a **= 3
print(a)  # 输出8

三、比较运算符

Python中的比较运算符（也称关系运算符）用于对常量、变量或表达式的结果进行大小比较或判断它们是否相等。比较运算符通常返回布尔值True或False，这些值在条件语句和循环中非常有用。以下是Python中详细的比较运算符说明：

3.1 等于（==）

检查两个值是否相等。

result = (5 == 3)
print(result)  # 输出False

3.2 不等于（!=）

检查两个值是否不相等。

result = (5 != 3)
print(result)  # 输出True

3.3 大于（>）

检查左侧的值是否大于右侧的值。

result = (5 > 3)
print(result)  # 输出True

3.4 小于（<）

检查左侧的值是否小于右侧的值。

result = (5 < 3)
print(result)  # 输出False

3.5 大于等于（>=）

检查左侧的值是否大于或等于右侧的值。

result = (5 >= 3)
print(result)  # 输出True

3.6 小于等于（<=）

检查左侧的值是否小于或等于右侧的值。

result = (5 <= 3)
print(result)  # 输出False

此外，Python还支持链式比较，例如 1 < 2 < 3，这等价于 (1 < 2) and (2 < 3)，并返回 True。

在字符串比较中，比较是基于它们在Unicode编码中的顺序进行的。例如，'a' < 'b' 返回 True，因为 'a' 在Unicode表中排在 'b' 之前。对于包含多个字符的字符串，比较是按字符顺序逐个进行的，直到找到不相等的字符或比较完所有字符为止。

四、逻辑运算符

Python中的逻辑运算符用于对布尔值进行逻辑运算，它们根据操作数的真假值返回相应的结果。以下是Python中详细的逻辑运算符说明：

4.1 与（and）

当且仅当and左右两个操作数都为真时，结果为真。

result01 = True and True
print(result01) # True

result02 = True and False
print(result02) # False

result03 = False and True
print(result03) # False

result04 = False and False
print(result04) # False

4.2 或（or）

当且仅当or左右两个操作数都为假时，结果为假。

result01 = True or True
print(result01) # True

result02 = True or False
print(result02) # True

result03 = False or True
print(result03) # True

result04 = False or False
print(result04) # False

4.3 非（not）

将not右边操作数的布尔值取反。

result01 = not True
print(result01) # False

result02 = not False
print(result02) # True

五、位运算符

5.1 按位与（&）

对两个数的二进制形式进行按位与操作。

result = 5 & 3  # 5的二进制为101，3的二进制为011，结果为001，即1
print(result)  # 1

5.2 按位或（|）

对两个数的二进制形式进行按位或操作。

result = 5 | 3  # 5的二进制为101，3的二进制为011，结果为111，即7
print(result)  # 7

5.3 按位取反（~）

对一个数的二进制形式进行按位取反操作。

result = ~5  # 5的二进制为101，取反后为010（注意这是补码形式），结果为-6（因为Python中整数是补码形式）
print(result)  # -6

注意：按位取反的结果可能因Python的整数表示方式（补码）而有所不同。

5.4 按位左移（<<）

将一个数的二进制形式向左移动指定的位数。

result = 5 << 1  # 5的二进制为101，左移一位后为1010，即10
print(result)  # 10

5.5 按位右移（>>）

将一个数的二进制形式向右移动指定的位数。

result = 5 >> 1  # 5的二进制为101，右移一位后为010，即2
print(result)  # 2

六、成员运算符

6.1 in

检查某个值是否存在于某个序列（如列表、元组、字符串）中。

result = 'a' in 'hello'
print(result)  # True

6.2 not in

检查某个值是否不存在于某个序列中。

result = 'z' not in 'hello'
print(result)  # True

七、身份运算符

7.1 is

检查两个变量是否指向同一个对象（即内存地址是否相同）。

a = [1, 2, 3]
b = a
c = [1, 2, 3]

result1 = (a is b)
result2 = (a is c)

print(result1)  # True
print(result2)  # False（因为a和c虽然内容相同，但它们是两个不同的对象）

7.2 is not

检查两个变量是否不指向同一个对象。

result = (a is not c)
print(result)  # True

八、运算符优先级

在Python中，运算符的优先级决定了在没有括号或其他改变运算顺序的操作符时，哪些运算会首先被计算。下面列出了Python运算符的优先级，从高到低排列：

1. 括号 ()

   • 用于改变运算的默认顺序。

2. **幂运算 ** 和 按位取反 ~

   • **：幂运算，例如 2 ** 3 结果为 8。
   • ~：按位取反，对整数的二进制表示进行取反操作。

3. 正负号 + -

   • 表示正数或负数。

4. 按位与 NOT

   • not：逻辑非运算，用于布尔值的取反。

5. 按位乘 * 按位除 / 按位取余 % 按位整除 //

   • *：乘法。
   • /：除法，结果为浮点数。
   • %：取余运算。
   • //：整除运算，结果为整数，丢弃小数部分。

6. 按位加 + 按位减 -

   • +：加法。
   • -：减法。

7. 按位左移 << 按位右移 >>

   • <<：左移运算，将二进制位向左移动指定的位数。
   • >>：右移运算，将二进制位向右移动指定的位数。

8. 按位与 &

   • 对两个数的每一位进行与运算。

9. 按位异或 ^

   • 对两个数的每一位进行异或运算。

10. 按位或 |

    • 对两个数的每一位进行或运算。

11. 比较运算符

    • <：小于。
    • <=：小于或等于。
    • >：大于。
    • >=：大于或等于。
    • ==：等于。
    • !=：不等于。
    • is：对象身份比较，判断两个变量是否引用同一个对象。
    • is not：对象身份不比较，判断两个变量是否引用不同的对象。
    • 注意：in 和 not in 是成员运算符，用于检查一个值是否存在于序列中，但它们的优先级低于比较运算符。

12. 布尔运算 NOT

    • 在此处列出是为了强调其在逻辑表达式中的位置，但实际上not的优先级已经在第4点中提及。在布尔表达式中，它通常用于改变逻辑值的真假。

13. 布尔运算 AND

    • and：逻辑与运算，当且仅当两个操作数都为真时，结果才为真。

14. 布尔运算 OR

    • or：逻辑或运算，当且仅当两个操作数都为假时，结果才为假。

需要注意的是，虽然布尔运算符and和or在逻辑表达式中经常一起使用，但它们的优先级是不同的（and高于or）。同时，比较运算符的优先级高于布尔运算符，这意味着在没有括号的情况下，比较运算会先于布尔运算进行。

了解运算符的优先级对于编写正确的Python代码至关重要，因为它决定了表达式中各个部分的计算顺序。如果不确定运算符的优先级，可以使用括号来明确指定运算的顺序，从而避免潜在的错误。

九、总结

通过本文的学习，你可以掌握Python中的各种运算符及其用法。记住，运算符的优先级和括号的使用对于确保你的代码按照预期的方式运行至关重要。同时，了解不同运算符返回的数据类型（如整数、浮点数、布尔值等）也是编写健壮代码的关键。

希望本文能帮助你更好地理解和使用Python中的运算符！如果你有任何疑问或需要进一步的解释，请随时提问。