Python语言基础（四）：运算符、基本输入和输出

前言：在Python的编程世界中，运算符以及基本输入和输出是构建程序的重要组成部分。熟练掌握它们，能让你更自如地编写各类Python程序。本章，我们将深入对其进行探讨，助力你的Python学习进程。

在本章中，我们将逐步揭开以下主题的神秘面纱：

1. 运算符：学习Python中的算术、比较、逻辑等运算符，掌握它们在表达式中的使用规则以及优先级顺序，明白不同运算符在不同场景下该如何合理运用，以此准确构建各种所需的表达式。

   • 算术运算符：包括加法（+）、减法（-）、乘法（*）、除法（/）、整除（//）、取模（%）、幂运算（**）、正号（+x）和负号（-x）。
   • 比较运算符：包括等于（==）、不等于（!=）、大于（>）、小于（<）、大于等于（>=）和小于等于（<=）。
   • 逻辑运算符：包括逻辑与（and）、逻辑或（or）和逻辑非（not）。
   • 位运算符：包括位与（&）、位或（|）、位异或（^）、位取反（~）、左移（<<）和右移（>>）。
   • 赋值运算符：包括简单的赋值（=）和复合赋值如加法赋值（+=）、减法赋值（-=）等。
   • 运算符优先级：了解不同运算符的执行顺序，如幂运算优先级高于乘法和除法。

2. 基本输入和输出：深入了解如何借助Python的内置函数达成用户输入和屏幕输出的操作，知晓怎样让程序可以顺利地与用户展开基本的交互，使程序不再是单向运行，而是能根据用户的输入做出相应反馈。

   • 输入：使用 input() 函数从用户那里获取输入，该函数会暂停程序执行，直到用户输入一些内容并按下回车键。
   • 输出：使用 print() 函数将信息输出到屏幕，可以输出文本、变量值等。
   • 格式化输出：学习如何使用字符串格式化方法（如 % 操作符、str.format() 方法、f-string）来控制输出格式，使输出更加清晰和易于阅读。

一、运算符

1、算术运算符

运算符	描述	例子	结果
+	加法	4 + 5	9
-	减法	4 - 5	-1
*	乘法	4 * 5	20
/	除法	4 / 5	0.8
//	整除	4 // 5	0
%	取模	4 % 5	4
**	幂运算	4 ** 5	1024
+x	正号	+4	4
-x	负号	-4	-4

实例训练03 -计算学生成绩的平均分

某学员3门课程成绩：python:95分；java：96分；C语言：88分；

python = 95
java = 96 
C = 88
sub = python - C
avg = (python + java + C) / 3
print("python课程和C语言课程分数之差: " + str(sub) + " 分\n")
print("3门课程的平均分: " + str(avg) + " 分")

2、赋值运算符

运算符	描述	例子	结果
=	赋值	x = 5	x 现在是 5
+=	加法赋值	x += 5	x 现在是 10 (x = x + 5)
-=	减法赋值	x -= 5	x 现在是 5 (x = x - 5)
*=	乘法赋值	x *= 5	x 现在是 25 (x = x * 5)
/=	除法赋值	x /= 5	x 现在是 1.0 (x = x / 5)
//=	整除赋值	x //= 5	x 现在是 0 (x = x // 5)
%=	取模赋值	x %= 5	x 现在是 4 (x = x % 5)
**=	幂运算赋值	x **= 5	x 现在是 1024 (x = x ** 5)

3、比较运算符

比较运算符也叫“关系运算”，用于对变量和表达式的结果进行大小、真假等比较，如果比较结果为真，则返回True，如果为假，则返回`False。一般比较运算符通常用在条件语句中作为判断的依据。

运算符	描述	例子	结果
==	等于	4 == 5	False
!=	不等于	4 != 5	True
>	大于	4 > 5	False
<	小于	4 < 5	True
>=	大于等于	4 >= 5	False
<=	小于等于	4 <= 5	True

实例训练04 -使用比较运算符比较大小关系

python = 95                       #定义变量，存储Python课程的分数
java = 92                         #定义变量，存储java课程的分数
C= 89                            #定义变量，存储C语言课程的分数

print("python = " + str(python) + " java = " + str(java) + " C = " +str(C) + "\n")  #输出3个变量的值
print("python < java的结果： " + str(python < java))                                 #小于操作
print("python > java的结果： " + str(python > java))                                 #大于操作
print("python == java的结果： " + str(python == java))                               #等于操作
print("python != java的结果： " + str(python != java))                               #不等于操作
print("python <= java的结果： " + str(python <= java))                               #小于或等于操作
print("python >= C的结果： " + str(python >= C))                                     #大于或等于操作

4、逻辑运算符

运算符	描述	例子	结果	结合方向
and	逻辑与	True and False	False	从左到右
or	逻辑或	True or False	True	从左到右
not	逻辑非	not True	False	从右到左

5、逻辑运算结果表

① 逻辑与（and）

表达式1	表达式2	表达式1 and 表达式2
True	True	True
True	False	False
False	True	False
False	False	False

② 逻辑或（or）

表达式1	表达式2	表达式1 or 表达式2
True	True	True
True	False	True
False	True	True
False	False	False

③ 逻辑非（not）

表达式1	not 表达式1
True	False
False	True

实例训练05 -参加手机店的打折活动

print("\n手机店正在打折，活动进行中......")                   #输出提示信息
strweek = input("请输入星期: ")                             #输入具体星期几
intTime = int(input("请输入参与时间(范围: 0~23) : "))        #输入时间

#判断是否满足活动参与条件
if (strweek == "星期三" and (intTime >= 10 and intTime <= 11)) or (strweek == "星期五" and (intTime >= 14 and intTime <=15)):
    print("恭喜您，获得了折扣活动参与资格！")                 #输出提示信息
else:
    print("对不起，您来晚一步，期待下次活动开始......")       #输出提示信息

6、位运算符

运算符	描述	例子	结果
&	位与	4 & 5 (二进制 100 & 101)	4
`	`	位或	`4
^	位异或	4 ^ 5 (二进制 100 ^ 101)	3
~	位取反	~4 (二进制 ~100)	-5
<<	左移	4 << 2 (二进制 100 << 2)	16
>>	右移	4 >> 2 (二进制 100 >> 2)	1

7、运算符优先级表

Python 中运算符的优先级如下（从高到低）：

1. ** (幂运算)
2. ~, +x, -x (位取反和正负号)
3. *, /, //, % (乘法、除法、整除、取模)
4. +, - (加法、减法)
5. <<, >> (左移、右移)
6. & (位与)
7. ^ (位异或)
8. | (位或)
9. ==, !=, <, >, <=, >= (比较运算符)
10. is, is not (身份运算符)
11. in, not in (成员运算符)
12. not, or, and (逻辑运算符)
13. =, +=, -=, *=, /=, //=, %=, **=, <<=, >>=, &=, ^=, |= (赋值运算符)

请注意，实际编程时，为了提高代码的可读性，建议使用括号来明确指定运算的顺序。

二、基本输入和输出

在Python中，基本的输入和输出是程序与用户进行交互的基础。以下是Python中实现基本输入和输出的方法：

1、基本输入

在Python中，input() 函数用于获取用户输入。当input()函数被调用时，程序会暂停执行，等待用户在控制台输入文本并按下回车键。用户输入的内容将作为字符串返回。

# 获取用户输入
user_input = input("请输入一些内容: ")
print("您输入的内容是: " + user_input)

在这个例子中，程序会打印出 “请输入一些内容：” 并等待用户输入。用户输入的文本在按下回车键后会被赋值给变量 user_input，然后程序会继续执行并打印出用户输入的内容。

2、基本输出

在Python中，print() 函数用于将信息输出到控制台。print() 函数可以接受一个或多个参数，并将它们转换为字符串后输出。

# 输出字符串
print("Hello, World!")

# 输出多个参数
name = "Alice"
age = 30
print("姓名:", name, "年龄:", age)

在这个例子中，程序会输出 “Hello, World!” 以及 “姓名: Alice 年龄: 30”。

3、格式化输出

Python提供了多种方式来格式化输出，使输出的文本更加清晰和易于阅读。

1. 百分号格式化（%）：

   name = "Bob"
   age = 25
   print("%s 是 %d 岁。" % (name, age))
   

2. str.format() 方法：

   name = "Alice"
   age = 30
   print("{} 是 {} 岁。".format(name, age))
   

3. f-string（格式化字符串字面量，Python 3.6+）：

   name = "Charlie"
   age = 35
   print(f"{name} 是 {age} 岁。")
   

f-string是最新的字符串格式化方法，它提供了一种简洁且易读的方式来嵌入表达式到字符串字面量中。

4、错误处理

在进行输入操作时，有时需要处理用户输入的非法数据。例如，如果期望用户输入一个数字，但用户输入了非数字的字符串，可以尝试使用try-except块来捕获ValueError异常。

try:
    number = int(input("请输入一个数字: "))
    print("您输入的数字是:", number)
except ValueError:
    print("错误：请输入一个有效的数字。")

在这个例子中，如果用户输入的不是数字，程序会捕获ValueError异常，并打印出错误信息。

通过这些基本的输入和输出操作，Python程序能够与用户进行交互，获取必要的输入数据，并提供反馈信息。