2.5. 运算符与表达式

运算符与表达式

通常你所写出的程序语句(逻辑行)会包含若干表达式。 如 2 + 3即为一个简单的表达式。表达式由运算符与操作数构成。

运算符是一些可以用+号或其他关键词符号替代的功能。运算符会对相关数据进行运算,这些被运算的数据称为操作数。在上例中,23即为操作数。

运算符

我们来简要学习一下运算符及其用法。

请注意,你可以使用交互式解释器来计算下面示例中的表达式。例如,要想尝试表达式2 + 3,只需使用交互式 Python 解释器输入:

>>> 2 + 3
5
>>> 3 * 5
15
>>>

下面简明地列出了常用的运算符:

  • + (加)

    • 将两对象相加
    • 3 + 5 得 8'a' + 'b' 得 'ab'.
  • - (减)

    • 将一个数减去另一个数,若减号左边没有数字,则默认作左边为零。
    • -5.2 为一个负数,而 50 - 24 则等于 26
  • * (乘)

    • 得到两个数相乘的值,或者将一个字符串重复若干次。
    • 2 * 3 得到 6'la' * 3 得到 'lalala'.
  • ** (乘方)

    • 返回 x 的 y 次幂
    • 3 ** 4 gives 81 (i.e. 3 * 3 * 3 * 3)
  • / (除)

    • x 除以 y
    • 13 / 3 得到 4.333333333333333
  • // (除且取整)

    • x 除以 y 并返回小于商的最大整数,注意,如果操作数之一为浮点数,则返回值必为浮点数。
    • 13 // 3 得到 4
    • -13 // 3 得到 -5
    • 9//1.81 得到 4.0
  • % (取模)

    • 返回作除法之后的余数。
    • 13 % 3 得到 1-25.5 % 2.25 得到 1.5.
  • << (左移)

    • 将数字位向左移动指定的位数。每个数字在内存中用位或二进制数(如 0 和 1 )表示。
    • 2 << 2 得到 82 在二进制中用 10 表示。
    • 10 向左移两位得到 1000 ,二进制 1000 表示十进制的 8
  • >> (右移)

    • 将数字按位向右移动指定的位数。
    • 11 >> 1 得到 5
    • 11 的二进制表示为 1011 ,将其右移一位后,得到 101也就是十进制的 5
  • & (按位与)

    • 数字的按位与
    • 5 & 3 得到 1
  • | (按位或)

    • 数字的按位或
    • 5 | 3 得到 7
  • ^ (按位异或)

    • 数字的按位异或
    • 5 ^ 3 得到 6
  • ~ (按位取反)

  • < (小于)

    • 返回 x 是否小于 y 。所有的比较运动算符返回 True 或 False。 注意这些名字的大小写。
    • 5 < 3 得到 False ,而 3 < 5 得到 True
    • 比较还可以任意链接: 3 < 5 < 7 得到 True
  • > (大于)

    • 返回 x 是否大于 y
    • 5 > 3 返回 True。如果两个操作数都是数字,则首先要做的是将它们转换为相同的类型。否则,它总是返回 False
  • <= (小于或等于)

    • 返回 x 是否小于或等于 y
    • x = 3; y = 6; x <= y 返回 True
  • >= (大于或等于)

    • 返回 x 是否大于或等于 y
    • x = 4; y = 3; x >= 3 返回 True
  • == (等于)

    • 比较一下对象是否相等
    • x = 2; y = 2; x == y 返回 True
    • x = 'str'; y = 'stR'; x == y 返回 False
    • x = 'str'; y = 'str'; x == y 返回 True
  • != (不等于)

    • 比较一下对象是否不相等
    • x = 2; y = 3; x != y 返回 True
  • not (布尔非)

    • 如果 x 为 True,它会返回 False。如果 x 为 False,它会返回 True
    • x = True; not x 返回 False.
  • and (布尔与)

    • 如果 x 为 False , x and y 返回 False 。否则,返回 y 的值
    • 由于 x 为 Falsex = False; y = True; x and y 返回 False 。在这种情况下, Python 不会计算 y ,因为它知道 '与' 表达式的左边为 False ,这就意味着整个表达式必定是 False。这就是所谓的短路计算。
  • or (布尔或)

    • 如果 x 为 True,它会返回真,否则返回 y 的值
    • x = True; y = False; x or y 返回 True。这里也用到了短路计算。

数学运算和赋值的快捷方式。

对一个变量进行数学运算,然后将运算结果赋回给变量,这个过程非常常用。于是,对于这样的表达式有一个快捷方式:

a = 2
a = a * 3

可以简写为:

a = 2
a *= 3

注意, 变量 = 变量 运算符 表达式 变成了 变量 运算符= 表达式

计算顺序

如果你有一个表达式,如 2 + 3 * 4,是先做加法?还是先做乘法?我们的高中数学告诉我们,应该先做乘法。这就意味着,乘法运算符的优先级比加法运算符高。

下表给出了 Python 的优先级表,从最低优先级(最小约束)到做高优先级(最大约束)。这就意味着在给定的表达式中, Python 会首先计算表中较低的运算符和表达式,然后计算表中较高的运算符和表达式。

为了完整起见,下表出自 Python 参考手册。为了明确地指定优先级,最好使用括号适当地对运算符和操作数进行分组。有关详细信息,请参阅 改变计算顺序

  • lambda :Lambda 表达式
  • if - else :条件表达式
  • or :布尔或
  • and :布尔与
  • not x :布尔非
  • in, not in, is, is not, <, <=, >, >=, !=, == :比较,包括成员资格测试和身份测试
  • | :按位或
  • ^ :按位异或
  • & :按位与
  • <<, >> :移位
  • +, - :加减法
  • *, /, //, % :乘除法,取整和取余
  • +x, -x, ~x :正负号,按位非
  • ** :求幂
  • x[index], x[index:index], x(arguments...), x.attribute :订阅,切片,调用,属性引用
  • (expressions...), [expressions...], {key: value...}, {expressions...} : 绑定或者元组显示,列表显示,字典显示,设置显示

我们还没有遇到的操作符将在后面的章节中讲解。

具有 相同优先级 的操作符在上表中的同一列中列出。例如 + 和 - 具有相同的优先级。

改变计算顺序

我们可以使用括号,使表达式更加具有可读性。例如: 2 + (3 * 4) 显然比 2 + 3 * 4 更容易理解,因为后者需要运算符优先级的知识。和其它事物一样,括号要合理适度地使用(不要滥用),并且不要有冗余的括号,像 (2 + (3 * 4)) 就显得很冗余。

使用括号还有另外一个优势——它能帮助我们改变计算的顺序。例如,如果你想在一个表达式中先算加法后算乘法,那么你可以写成 (2 + 3) * 4

关联性

一般而言,操作符从左到右进行关联。这意味着具有相同优先级的操作符按照从左到右的方式进行计算。例如, 2 + 3 + 4 计算顺序为 (2 + 3) + 4

表达式

示例(保存为 expression.py):

length = 5
breadth = 2

area = length * breadth
print('Area is', area)
print('Perimeter is', 2 * (length + breadth))

输出:

$ python expression.py
Area is 10
Perimeter is 14

它的工作原理

矩形的长和宽分别保存在变量 length 和 breadth 中。在表达式的帮助下,我们使用长和宽来计算矩形的面积和周长。我们将表达式 length * breadth 的计算结果保存到变量 area 中,然后用 print 函数将其打印输出。第二种情况是,我们直接在 print 函数中使用表达式 2 * (length + breadth) 的值。

另外,请注意一下 Python 如何 优雅地打印输出 结果。尽管我们没有指明 'Area is' 与变量 area 之间有一个空格,但是 Python 会自动加上,这样我们就可以得到一个简洁漂亮的输出,并且这样程序的可读性会更强(因为我们不需要担心我们要在输出字符串中如何使用空格)。这是 Python 如何让程序员的生活变得轻松的一个例子。

总结

我已经知道了如何使用操作符、操作数和表达式——这些是任何程序的基本构件。接下来,我们将会使用语句来了解,如何在我们的程序中使用这些构件。

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