Python程序设计基础（4）

学习目标

• 掌握Python的运算符与表达式

基本内容

• 运算符与表达式

一.运算符与表达式

Python运算符

1. 运算符是对操作数进行运算的符号。Python语言的运算符按照它们的功能可分为：

• （1）算术运算符（+、-、*、/、**、//、%）。
• （2）关系运算符（>、<、>=、<=、==、!=）。
• （3）逻辑运算符（and、or、not）。
• （4）位运算符（<<、>>、~、|、^、&）。
• （5）赋值运算符（=、复合赋值运算符）。
• （6）成员运算符（in、not in）。
• （7）同一运算符（is、is not）。
• （8）下标运算符（[]）。
• （9）其它（如函数调用运算符()）。

2. 几个相关概念：

• 目（操作数个数）：单目和双目
• 优先级
• 结合性
• 表达式：表达式是变量、数字、运算符、函数、括号等构成的有意义组合体，表达式的返回值是一个单一的数字。

3. 在一个表达式中，Python会根据运算符的优先级从低到高进行运算：

• 生成式>函数调用、下标、切片>算术运算符>位运算符>关系运算符>逻辑运算符>lambda表达式

（1）算术运算符和算术表达式

运算符	含义	优先级
+	加法	这些运算符的优先级相同，但比下面的运算符优先级低
-	减法
*	乘法
/	除法
//	取整除	这些运算符的优先级相同，但比上面的运算符优先级高
**	幂运算
%	取模

运算符	描述	实例
+	加：两个对象相加	10 + 20 输出结果 30
-	减：两个对象相减	10 - 20 输出结果 -10
*	乘：两个数相乘或返回一个被重复若干次的字符串	10 * 20 输出结果 200
/	除：x除以y	20 / 10 输出结果 2
%	取模：除法的余数	20 % 10 输出结果 0
**	幂：x的y次幂	2 ** 3 为2的3次方，输出结果8
//	取整除：返回商的整数部分	9 // 2 输出结果 4｜

1. 数值的除法（/）总是返回一个浮点数，要获取整数使用//操作符。
2. 混合计算时，Python会把整型转换成为浮点数。
3. 不同数据类型在一起进行算术运算时，按照下面原则进行隐式类型转换：

• 当有一个操作数的类型是复数时，其它数据都自动转换成复数类型。
• 当有一个操作数的类型是小数时，其它数据都自动转换成小数类型。
• 不支持数字和字符之间的隐式转换。
• 数值的除法（/）总是返回一个浮点数，要获取整数使用//操作符。
• 混合计算时，Python会把整型转换成为浮点数。

4. ** 运算符实现乘方运算，其优先级高于 * 和 / 。
5. 注意运算符的多重含义。

# ** 优先级比 * 高
4 * 3 ** 2

36

# 返回一个被重复若干次的字符串
"a" * 10

'aaaaaaaaaa'

（2）关系运算符和关系表达式

运算符	含义	优先级	结合性
>	大于	这些运算符的优先级相同，但比下面的运算符优先级低	左结合
>=	大于等于
<	小于
<=	小于等于
==	等于	这些运算符的优先级相同，但比上面的运算符优先级高
!=	不等于
<>	不等于

1. 关系运算符：（又称比较运算符）通过关系运算符将两个可做对比的操作数连接起来，寻找其中的关系，其结果为布尔值。

运算符	示例
==	1 == 2为False，' ABC' == ' ABC'为True
!=	2 != 3为True，'ABC' != 'abc'为True
>	10 > 2为True
>=	'20' >= '2C'为False，字符串按对应位字符的ASCII码大小比较
<	'20' < '19'为False
<=	1 <= 2为True

数学符号	Python关系运算符	说明	举例
>	>	大于	5 > 2
$\ge$	>=	大于或等于	4 >= 3
<	<	小于	5 < 6
$\le$	<=	小于或等于	5 <= 6
=	==	等于	5 == 5
$\neq$	!=	不等于	2 != 3

# 注意正确使用“=”与“==”
a, b = 0, 1
if a = b:
    print("a equal to b")
else:
    print("a is not equal to b")

File "/var/folders/k6/x52rc50d6z51grg0dcf3hv_r0000gn/T/ipykernel_1386/450047771.py", line 3
if a = b:
^
SyntaxError: invalid syntax

# 注意正确使用“=”与“==”
a, b = 0, 1
if a == b:
    print("a equal to b")
else:
    print("a is not equal to b")

a is not equal to b

2. 注意：Python采用None表示空值，表示没有值，属于一个特殊的值，而0为一个数值，因此二者并不相等。

# 非0即是True
print(not 0)
print(not 3)

True
False

（3）逻辑运算符和逻辑表达式

1. 逻辑运算符

运算符	含义	优先级	结合性
not	逻辑非	上面的运算符比下面的运算符优先级高	右结合
and	逻辑与		左结合
or	逻辑或

• 逻辑运算符用来对布尔值进行与、或、非等逻辑运算，运算最终结果是布尔值True和False。
• 其中，“非”是单目运算符，布尔“与”和“或”为双目运算符。
• 逻辑运算符的操作数都应该是布尔值，如果是其它类型的值，应该能够转换为布尔值才能进行运算。
• and：逻辑与；or：逻辑或；not：逻辑非。

2. 逻辑表达式及短路运算：

• 对于与运算 a and b
  • 如果a为真，继续计算b，b将决定最终整个表达式的真值，所以，结果为b的值。
  • 如果a为假，无需计算b，就可以得知整个表达式的真值为假，所以，结果为a的值。

True and 0

0

False and 12

False

• 对于或运算 a or b
  • 如果a为真，无需计算b，就可以得知整个表达式的真值为真，所以结果为a的值。
  • 如果a为假，继续计算b，b将决定整个表达式最终的值，所以结果为b的值。

True or 0

True

False or 12

12

（4）位运算符

位运算符将数字转换成二进制数来进行运算，位运算符只能用于整型或字符串型数据，不能用于浮点数。

运算符	描述	实例
&	按位与运算	60 & 13 = 12
|	按位或运算	60 | 13 = 61
^	按位异或运算	60 ^ 13 = 49
~	按位取反运算	~60 = -61
<<	左移运算	60 << 2 = 240
>>	右移运算	60 >> 2 = 15

（5）身份运算符

1. 身份比较符用于比较两个对象的内存位置是否相同，使用id()函数来确定。

运算符	含义	优先级	结合性
is	相同	相同	左结合
is not	不相同

2. is检查用来运算的两个变量是否引用同一对象，如果相同返回True，不相同则返回False。
3. is not检查用来运算的两个变量是否不是引用同一对象，如果不是同一个对象返回True，否则返回False。

运算符	描述	实例
is	is是判断两个标识符是不是引用自同一个对象	x is y，类似id(x)==id(y)，如果引用的是同一个对象则返回True，否则返回False
is not	is not是判断两个标识符是不是引用自不同对象	x is not y，类似id(x)!=id(y)。如果引用的不是同一个对象则返回结果True，否则返回False。

x = y = 2.5
z = 2.5
x is not z

True

x = y = 2.5
x is y

True

x = y = 2.5
id(x) == id(y)

True

x = y = 2.5
id(x) != id(y)

False

x = 3
y = 2.5
id(x) == id(y)

False

（6）成员运算符和成员表达式

1. 成员测试符用于查找对象是否在列表、元组、字符串、集合和字典等序列数据中，其运算结果仍是逻辑值。

运算符	含义	优先级	结合性
in	存在	相同	左结合
not in	不存在

成员运算符	逻辑表达式	描述
in	x in y	如果x在y序列中返回True，否则返回False。
not in	x not in y	如果x不在序列中返回True，否则返回False。

'a' in 'abcd'

True

'ac' in 'abcd'

False

a = [1, 2, 3, 4, 4]
b = 0
b in a

False

a = [1, 2, 3, 4, 4]
b = 1
b in a

True

a = (1, 2, 3, 4)
b = 0
b in a

False

a = (1, 2, 3, 4)
b = 1
b in a

True

a = {1 : '2', 3 : 4}
b = 1
b in a

True

a = {1 : 2, 3 : 4}
b = 4
b in a

False

a = {1, 2, 3, 4}
b = 0
b in a

False

a = {1, 2, 3, 4}
b = 1
b in a

True

2. not in运算符用于在指定的序列中查找某个值是否不存在，不存在返回True，存在返回False。

'a' not in 'b, c, d'

True

3 not in (1, 2, 3, 4)

False

（7）赋值运算符和赋值表达式

Python语言支持链式关系表达式，相当于多个表达式之间逻辑与的关系。

# 等价于 1 < 2 and 2 < 3
1 < 2 < 3

True

# 等价于 2 >= 1 and 1 > 10
2 >= 1 > 10

False

1. 赋值运算符：用“=”表示
2. 赋值表达式：变量 = 表达式。等号的左边必须是变量，右边是表达式。
3. 链式赋值：在Python中，可通过链式赋值将同一个值赋给多个变量的，一般形式为：

x = y = 5
print(x, y, sep = ',')

5,5

4. 多变量并行赋值

• 变量1, 变量2, ..., 变量n = 表达式1, 表达式2, ..., 表达式n
• 变量个数要与表达式的个数一致，其过程为：首先计算表达式右边n个表达式的值，然后同时将表达式的值赋给左边的n个变量。

x, y, z = 3, 6, 9
print(x, y, z, sep = ',')

3,6,9

x = 20
x, x = 3, x * 3
print(x)

60

• 采取并行赋值，可以使用一条语句就可以交换两个变量的值：x, y = y, x

x, y = 4, 10
print("交换前的值为：x =", x, "y =", y)
x, y = y, x
print("交换后的值为：x =", x, "y =", y)

交换前的值为：x = 4 y = 10
交换后的值为：x = 10 y = 4

5. 复合的赋值运算符

• 赋值运算符“=”与7种算术运算符（+、-、*、/、//、**、%）和5种位运算符（>>、<<、&、^、|）结合构成12种复合的赋值运算符。
• 例如：
  • a += 3 等价于 a = a + 3
  • a *= a + 3 等价于 a = a * (a + 3)
  • a %= 3 等价于 a = a % 3
• 注意：“a *= a + 3“与”a = a * a + 3“是不等价的，”a *= a + 3“等价于”a = a * (a + 3)“，这里括号是必需的。

运算符	含义	举例	等效于
+=	加法赋值字符串拼接	sum +=、itemaStr += "Foo"	sum = sum +、itemaStr = aStr + "Foo"
-=	减法赋值	count -= 1	count = count - 1
*=	乘法赋值	x *= y + 5	x = x * (y + 5)
/=	除法赋值	x /= y - z	x = x / (y - z)
//=	整除赋值	x //= y - z	x = x // (y - z)
%=	取模赋值	x %= 2	x = x % 2
**=	幂运算赋值	x **= 2	x = x ** 2
<<=	左移赋值	x <<= y	x = x << y
>>=	右移赋值	x >>= y	x = x >> y
&=	按位与赋值	x &= y	x = x & y
|=	按位或赋值	x |= y	x = x | y
^=	按位异或赋值	x ^= y	x = x ^ y

a, b = 3, 5
a += b
print(a)

8

a = 7
a *= a + 3
print(a)

70

（8）运算符的优先级

优先级	运算符	描述
1	**	指数（最高优先级）
2	~、+、-	按位翻转，正负号
3	*、/、%、//	乘、除、取模和取整数
4	+、-	加法减法
5	>>、<<	右移、左移运算符
6	&	按位与
7	^、|	位运算符
8	<=、<、>、>=	比较运算符
9	==、!=	等于运算符
10	=、%=、/=、//=、-=、+=、*=、**=	赋值运算符
11	is、is not	身份运算符
12	in、not in	成员运算符，判断一个字符串是否包含于另一个字符串
13	not、or、and	逻辑运算符

（9）自动类型转换

在Python中，同一个表达式允许不同类型的数据参加运算，这就要求在运算之前，先将这些不同类型的数据转换成同一类型，然后再进行运算。

type(10 / 4 * 4)

float

（10）强制类型转换

当自动类型转换达不到转换需求时，可以使用类型转换函数，将数据从一种类型强制（或称为显式）转换成另一种类型。

函数	功能描述
int(x)	将x转换为整数
float(x)	将x转换为浮点数
complex(x)	将x转换为复数，其中实部为x，虚部为0
complex(x, y)	将x、y转换为复数，其中实部为x，虚部为y
str(x)	将x转换为字符串
chr(x)	将一个整数转换为一个字符，整数为字符的ASCII编码
ord(x)	将一个字符转换为它的ASCII编码的整数值
hex(x)	将一个整数转换为一个十六进制字符串
oct(X)	将一个整数转换为一个八进制字符串
eval(x)	将字符串str当做有效表达式求值，并返回计算结果

二.表达式和语句

1. 表达式：表达式是可以计算的代码片段，由操作数和运算符构成
2. 语句：语句是Python程序的过程构造块