Python学习记录-02-运算符和表达式

1.运算符

1.1 加 [+]

就是实现两个对象相加，例子如下：

a=3
b=4
c='3'
d='e'
e=3.1
f=22.00

print(a+b)
print(c+d)
print(e+f)

输出：

7
3e
25.1

注意：做运算时，不能用整数加减字符串，即：

a=3
d='e'

print(a+d)

输出：

TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

1.2 减 [-]

就是从一个数中减去另一个数字，如果第一个数不存在，则假定第一个数为0，例子如下：

a=3
b=4
c=-5.2
d=-3

print(a-b)
print(c-d)

输出：

-1
-2.2

1.3 乘 [*]

就给出数的乘积或者是字符串重复指定次数后的结果

a=3
b=4
c='c'
d=4

print(a*b)
print(c*d)

输出：

12
cccc

1.4 乘方 [**]

就是实现x^y 不过具体写为x**y

a=3
b=4

print(b**a)  #等同于 4*4*4

输出：

64 

1.5 除 [/]

实现x/y。x为分子，y为分母；
注：此处需要和 \ 区分开； \ 为转义序列

a=13
b=4

print(a/b)  

输出：

3.25

1.6 整除 [//]

在除法的基础上，除完之后取整（只保留整数位）。x为分子，y为分母，

a=13
b=4

print(a//b)  

输出：

3

1.7 取模 [%]

在除法的基础上，只保留余数，如：13÷4=3余1； 则：13%3=1

a=19
b=9
c=34
d=10
print(a%b)  
print(c%d)

输出：

1
4

1.8 左移 [<<]

此处需要转换为二进制理解，比如3=11；4=100；5=101
之后需要知道，3=0000 0011；4=0000 0100；5=0000 0101
左移，可以理解为，把指定的数字，在“轴”上，数字的位，左移X位，举例如下：

a=3
b=2
print(a<<b)    # 就是实现了3的二进制数字0000 0011，在数轴上，数字的位，往左边移动2位，变成 0000 1100；即变成了12

输出：

12   #12的二进制标识为0000 1100

额外测试：

a=4
b=3
print(a<<b)   #即 0000 0100，里面的1向左移动3位，变为0010 0000，即32

输出：

32   #

1.9 右移 [>>]

此处何左移刚好相反

a=32
b=2
print(a>>b)    #32=0010 0000,变为 0000 1000 即8

c=33
d=3
print(c>>d)    #33=0010 0001,变为 0000 0100 即4

输出：

4

原因：

#原始:  0 0 1 0 0 0 0 1   (33)
               ↓ 右移 3 位
#第1步: 0 0 0 1 0 0 0 0   (16)  ← 最右边的 1 掉了
#第2步: 0 0 0 0 1 0 0 0   (8)   ← 又掉一个 0
#第3步: 0 0 0 0 0 1 0 0   (4)   ← 又掉一个 0

#Python 的 `>>` 不是硬件层面的"固定位数补码移位"，而是**高级语言封装的数学运算**：

#正数右移：挤掉右边，左边补 0，等于除以 2ⁿ 向下取整。
#那个被挤掉的 1，就像纸带打孔机剪掉的一截——没了，也不参与任何后续计算。

记忆点：
可以把数字看作一个条状的打孔带，无论左移还是右移，都是“打孔带”的整体移动。

注：左移的话，类似右边的0补充左边，且在python中，数字无限大，左移就是纯粹的乘法；右移动的话，右边就有1被“挤出去”的可能，即存在截断、丢弃。

kimi的解释中提到：
1.是因为python中，整数无限大，所以左移不会挤掉

33 << 3
# 0010 0001 → 0001 0000 1000 (264)
# 左边没有天花板，不会丢，位数直接变多

2.但是在C和python中

C 语言 (32位 int):
   0010 0001 << 3
=  0001 0000 1000   ← 变成 9 位了，装不下！
   最高位的 0 被丢弃，只保留低 32 位

1.10 按位与 [&] “两个全真才真”

对数字进行按位与操作。与操作也需要先把数字转为二进制理解。之后，2位同为1时，则运算输出1，否则输出为0

a=3           #3=0000 0011
b=5           #5=0000 1001
print(a&b)    #上下两行，与运算之后为：0000 0001；即右起2、4位的与运算结果均为0

输出：

1

再来一个例子：

a=36           #36=0010 0100
b=25           #25=0001 1001
print(a&b)    #上下两行，与运算之后为：0000 0000；

a=12           #12=0000 1100
b=6            # 6=0000 0110
print(a&b)    #上下两行，与运算之后为：0000 0100；

输出：

0
4

1.11 按位或 [|] “有一个为真就真”

对数字进行按位或操作。与操作也需要先把数字转为二进制理解。之后，有1位为1时，则运算输出1，否则输出为0

a=3           #3=0000 0011
b=5           #5=0000 0101
print(a|b)    #上下两行，或运算之后为：0000 0111；

输出：

7

1.12按位非 [~] “真变假，假变真，按位取反”

①对数字进行按位或操作。与操作也需要先把数字转为二进制理解。之后，有1位为0时，则运算输出1，否则输出为0。
②python中也给出了公式：~X=-(X+1)
按照上述3种方式，可以计算按位取反

但是，此时会有一个问题如下：
a=3，按照公式计算，~3=-4
但是，如果转为二进制之后，按位取反可能会这么做：

a=3           #3=0000 0011
     #取反之后为：1111 1100；再转化为10进制时，为254，此时得到的结果和公式计算的-4就不一样了

原因：
陷入了误区。因为python中，数字是无限长的。
上述例子中，假设3是8位二进制数构成。
但实际在python中，原始3= .....000011，里面的0有无数个。
逐位取反之后，应该为 ~3=....1111100，有无数个1。
此处补充一个内容：

#正数：前面有无限个 0
#负数：前面有无限个 1

所以：....1111100肯定是一个负数；现在就是要求这个负数转为10进制是几？
根据下面原码、反码、补码的知识，我们可以知道，负数要想计算，必须转化为补码。
负数转为补码的规则为：反码+1

所以最终计算逻辑为：
....1111100为负数，转为反码得到：....00000011；反码+1得到：....00000100

即为-4

再次举例：

a=10
print(~a)

输出：

-11

解析：
方法1，调用公式：~10=-（10+1）
方法2：
10转为二进制为：....0000 1010
按位取反为： ....1111 0101 此时为负数，要想表示负数，需要把负数先取反，再加1
取反为： ....0000 1010
加1为： ....0000 1011
因为我们要表示一个负数，所以为 - 1011 ，即-11

继续举例：

a=-2
print(~a)

输出：

1

解析：
方法1：公式计算：~-2=-（-2+1）=-（-1）=1
方法2：
负数计算时候，要先求补码，即第一步求-2的补码
2= ....0000 0010
取反= ....1111 1101
+1= .... 1111 1110 即-2补码表示为 ....1111 1110

~（-2），此时需要对-2的补码，按位取反，即：
.... 1111 1110取反得到 .... 0000 0001；即转为10进制表示为1

总结：处理负数时，对于负数，要先对于数字进行取反+1，转为补码，再对补码进行运算

补充知识-原码、反码、补码

原码

#原码=符号位+数值位
#+5=0 0101  （0表示正数）
#-5=1 0101  （1表示负数）

此处如果计算5+（-5），按照原码计算为 ：0 0101 + 1 0101 = 1 1010 = -10
答案不为0

反码

#反码=符号位不变，数值位全部取反
# +5=0 0101  （0表示正数）
# -5=1 1010  （1表示负数，0101=5，取反=1010）

此处如果计算5+（-5），按照反码计算为 ：0 0101 + 1 1010 = 1 1111 = -0
反码中，1 1111，表示负0；即+0（0000 ）和-0（1111）还是不一样

补码

#注：负数用补码，补码=反码+1
# +5=0 0101  （0表示正数）
# -5的反码 = 1 1010  （1表示负数，0101=5，取反=1010）
# -5的补码 = 1 1010 +1 = 1 1011 

所以 5+（-5）计算为：

# +5=0 0101  （0表示正数）
# -5=1 1011  （1表示负数）

运算结果由低位开始，即逢2进1，则1 0 0000；此处的左起第二位为原来的正负号位，得到的1为溢出位；溢出位直接扔掉；此时最终结果为 0 0000；即为0

1.13 小于 [<] “判断”

判断X是否小于Y,运算结果返回True 或者False

a=3          
b=5          
c=3
d=3.1415926
print(a<b) 
print(d<c)

输出：

True
False

1.14 大于 [>] “判断”

判断X是否大于Y,运算结果返回True 或者False

a=66          
b=168          
c=3.33333333333
d=3.1415926
print(a>b) 
print(c>d)

输出：

False
True

1.15 小于等于 [＜=] “判断”

判断X是否小于等于Y,运算结果返回True 或者False

a=168          
b=168          
c=3.33333333333
d=3.1415926
print(a<=b) 
print(c<=d)

输出：

True
False

1.16 大于等于 [>=] “判断”

判断X是否大于等于Y,运算结果返回True 或者False

a=168          
b=168          
c=3.33333333333
d=3.1415926
print(a>=b) 
print(c>=d)

输出：

True
True

1.17 等于 [= =] “判断”

判断X是否等于Y,运算结果返回True 或者False

a=168          
b=168          
c=3.33333333333
d=3.1415926
print(a==b) 
print(c==d)

输出：

True
False

1.18 不等于 [！=] “判断”

判断X是否不等于Y,运算结果返回True 或者False

a=168          
b=168          
c=3.33333333333
d=3.1415926
print(a！=b) 
print(c！=d)

输出：

False
True

1.19 布尔“非” [not] “判断” 真变假，假变真

在空值检查和条件分支，如下：

name = ""   #此时name为空
if not name:           # 如果 name 是空字符串 ""
    print("A")
else:
    print(f"B")

输出：

A

或者：

balance = 0
if not balance:        # 余额为 0
    print("ABCD")    #ABCD可以是任何提示

输出：

ABCD

或者：

is_closed = False

if not is_closed:
    print("营业中")   # 没关门，就是营业中

输出：

营业中

1.20 布尔“与” [and] “判断” 两个都真才算真

多重条件判断，如下：

age = 25
has_id = True
if age >= 18 and has_id:
    print("可以进入")

输出：

可以进入

1.21 布尔“或” [or] “判断” 多个条件，只要一个真就真

设置默认值，如下：

name = input("请输入名字：") or "匿名用户"
print(name)   # 用户直接回车（空字符串）时，自动用"匿名用户"

输出：

请输入名字：张三  #写了张三，则输出张三
张三   

请输入名字：  #啥也没写，直接敲回车，默认匿名
匿名用户