第四讲 Python语言中的运算符

雨点打透心脏的1/2处 2023-09-26 21:06 78阅读 0赞

Python 语言支持很多种运算符，下面的表格按照运算符的优先级从高到低，对 Python 中的运算符进行了罗列。有了变量和运算符，我们就可以构造各种各样的表达式来解决实际问题。在计算机科学中，**表达式是计算机程序中的句法实体，它由一个或多个常量、变量、函数和运算符组合而成，编程语言可以对其进行解释和计算以得到另一个值**。不管使用什么样的编程语言，构造表达式都是非常重要的。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>运算符</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>[]</code>、<code>[:]</code></td> 
   <td>索引、切片</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>**</code></td> 
   <td>幂</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>~</code>、<code>+</code>、<code>-</code></td> 
   <td>按位取反、正号、负号</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>*</code>、<code>/</code>、<code>%</code>、<code>//</code></td> 
   <td>乘、除、模、整除</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>+</code>、<code>-</code></td> 
   <td>加、减</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>&gt;&gt;</code>、<code>&lt;&lt;</code></td> 
   <td>右移、左移</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>&amp;</code></td> 
   <td>按位与</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>^</code>、`</td> 
   <td>`</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>&lt;=</code>、<code>&lt;</code>、<code>&gt;</code>、<code>&gt;=</code></td> 
   <td>小于等于、小于、大于、大于等于</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>==</code>、<code>!=</code></td> 
   <td>等于、不等于</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>is</code>、<code>is not</code></td> 
   <td>身份运算符</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>in</code>、<code>not in</code></td> 
   <td>成员运算符</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>not</code>、<code>or</code>、<code>and</code></td> 
   <td>逻辑运算符</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>=</code>、<code>+=</code>、<code>-=</code>、<code>*=</code>、<code>/=</code>、<code>%=</code>、<code>//=</code>、<code>**=</code>、<code>&amp;=</code>、`</td> 
   <td>=<code>、</code>^=<code>、</code>&gt;&gt;=<code>、</code>&lt;&lt;=`</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> **说明**： 所谓优先级就是在一个运算的表达式中，如果出现了多个运算符，应该先执行什么再执行什么的顺序。编写代码的时候，如果搞不清楚一个表达式中运算符的优先级，可以使用圆括号来确保运算的执行顺序。

### [算术运算符][Link 1] ###

Python 中的算术运算符非常丰富，除了大家最为熟悉的加、减、乘、除之外，还有整除运算符、求模（求余数）运算符和求幂运算符。下面的例子为大家展示了算术运算符的使用。

"""
    算术运算符
    
    Version: 1.0
    Author: 骆昊
    """
    print(321 + 12)     # 加法运算，输出333
    print(321 - 12)     # 减法运算，输出309
    print(321 * 12)     # 乘法运算，输出3852
    print(321 / 12)     # 除法运算，输出26.75
    print(321 // 12)    # 整除运算，输出26
    print(321 % 12)     # 求模运算，输出9
    print(321 ** 12)    # 求幂运算，输出1196906950228928915420617322241
    复制代码

### [赋值运算符][Link 2] ###

赋值运算符应该是最为常见的运算符，它的作用是将右边的值赋给左边的变量。赋值运算符还可以跟上面的算术运算符放在一起，组合成复合赋值运算符，例如：`a += b`相当于`a = a + b`，`a *= a + 2`相当于`a = a * (a + 2)`。下面的例子演示了赋值运算符和复合赋值运算符的使用。

"""
    赋值运算符和复合赋值运算符
    
    Version: 1.0
    Author: 骆昊
    """
    a = 10
    b = 3
    a += b        # 相当于：a = a + b
    a *= a + 2    # 相当于：a = a * (a + 2)
    print(a)      # 大家算一下这里会输出什么
    复制代码

> **注意**：赋值运算构成的表达式本身不产生任何值，为了解决这个问题，Python 3.8中引入了一个新的赋值运算符`:=`，我们通常称之为海象运算符，大家可以猜一猜它为什么叫这个名字，我们在后面用到的时候再为大家讲解这个运算符。

### [比较运算符和逻辑运算符][Link 3] ###

比较运算符也称为关系运算符，包括`==`、`!=`、`<`、`>`、`<=`、`>=`，我相信大家一看就能懂。需要提醒的是比较相等用的是`==`，请注意这里是两个等号，因为`=`是赋值运算符，我们在上面刚刚讲到过。比较不相等用的是`!=`，跟数学课本中使用的≠=并不相同，Python 2中曾经使用过`<>`来表示不等于。比较运算符会产生布尔值，要么是`True`要么是`False`。

逻辑运算符有三个，分别是`and`、`or`和`not`。`and`字面意思是“而且”，所以`and`运算符会连接两个布尔值或者产生布尔值的表达式，如果两边的布尔值都是`True`，那么运算的结果就是`True`；左右两边的布尔值有一个是`False`，最终的运算结果就是`False`。当然，如果`and`运算符左边的布尔值是`False`，不管右边的布尔值是什么，最终的结果都是`False`，这时运算符右边的布尔值会被跳过（专业的说法叫短路处理，如果`and`右边是一个表达式，那么这个表达式不会执行）。`or`字面意思是“或者”，所以`or`运算符也会连接两个布尔值或产生布尔值的表达式，如果两边的布尔值有任意一个是`True`，那么最终的结果就是`True`。当然，`or`运算符也是有短路功能的，当它左边的布尔值为`True`的情况下，右边的布尔值会被短路（如果`or`右边是一个表达式，那么这个表达式不会执行）。`not`运算符的后面可以跟一个布尔值，如果`not`后面的布尔值或表达式是`True`，运算的结果就是`False`；如果`not`后面的布尔值或表达式是`False`，运算的结果就是`True`。

"""
    比较运算符和逻辑运算符的使用
    
    Version: 1.0
    Author: 骆昊
    """
    flag0 = 1 == 1
    flag1 = 3 > 2
    flag2 = 2 < 1
    flag3 = flag1 and flag2
    flag4 = flag1 or flag2
    flag5 = not flag0
    print('flag0 =', flag0)     # flag0 = True
    print('flag1 =', flag1)     # flag1 = True
    print('flag2 =', flag2)     # flag2 = False
    print('flag3 =', flag3)     # flag3 = False
    print('flag4 =', flag4)     # flag4 = True
    print('flag5 =', flag5)     # flag5 = False
    print(flag1 and not flag2)  # True
    print(1 > 2 or 2 == 3)      # False
    复制代码

> **说明**：比较运算符的优先级高于赋值运算符，所以上面的`flag0 = 1 == 1`先做`1 == 1`产生布尔值`True`，再将这个值赋值给变量`flag0`。`print`函数可以输出多个值，多个值之间可以用`,`进行分隔，输出的内容之间默认以空格分开。

### [运算符和表达式应用举例][Link 4] ###

#### [例子1：华氏温度转摄氏温度][1] ####

要求：输入华氏温度将其转换为摄氏温度，华氏温度到摄氏温度的转换公式为：C=(F−32)/1.8C=(F−32)/1.8。

"""
    将华氏温度转换为摄氏温度
    
    Version: 1.0
    Author: 骆昊
    """
    f = float(input('请输入华氏温度: '))
    c = (f - 32) / 1.8
    print('%.1f华氏度 = %.1f摄氏度' % (f, c))
    复制代码

> **说明**：上面代码中的`input`函数用于从键盘接收用户输入，由于输入的都是字符串，如果想处理成浮点小数来做后续的运算，可以用我们上一课讲解的类型转换的方法，用`float`函数将`str`类型处理成`float`类型。

上面的代码中，我们对`print`函数输出的内容进行了格式化处理，`print`输出的字符串中有两个`%.1f`占位符，这两个占位符会被`%`之后的`(f, c)`中的两个`float`类型的变量值给替换掉，浮点数小数点后保留1位有效数字。如果字符串中有`%d`占位符，那么我们会用`int`类型的值替换掉它，如果字符串中有`%s`占位符，那么它会被`str`类型的值替换掉。

除了上面格式化输出的方式外，Python 中还可以用下面的办法来格式化输出，我们给出一个带占位符的字符串，字符串前面的`f`表示这个字符串是需要格式化处理的，其中的`{f:.1f}`和`{c:.1f}`可以先看成是`{f}`和`{c}`，表示输出时会用变量`f`和变量`c`的值替换掉这两个占位符，后面的`:.1f`表示这是一个浮点数，小数点后保留1位有效数字。

"""
    将华氏温度转换为摄氏温度
    
    Version: 1.1
    Author: 骆昊
    """
    f = float(input('请输入华氏温度: '))
    c = (f - 32) / 1.8
    print(f'{f:.1f}华氏度 = {c:.1f}摄氏度')
    复制代码

#### [例子2：计算圆的周长和面积][2] ####

要求：输入一个圆的半径，计算出它的周长（2πr2πr）和面积（πr2πr2）。

"""
    输入半径计算圆的周长和面积
    
    Version: 1.0
    Author: 骆昊
    """
    radius = float(input('请输入圆的半径: '))
    perimeter = 2 * 3.1416 * radius
    area = 3.1416 * radius * radius
    print('周长: %.2f' % perimeter)
    print('面积: %.2f' % area)
    复制代码

Python 中有一个名为`math` 的内置模块，该模块中定义了名为`pi`的变量，它的值就是圆周率。如果要使用 Python 内置的这个`pi`，我们可以对上面的代码稍作修改。

"""
    输入半径计算圆的周长和面积
    
    Version: 1.1
    Author: 骆昊
    """
    import math
    
    radius = float(input('请输入圆的半径: '))
    perimeter = 2 * math.pi * radius
    area = math.pi * radius ** 2
    print(f'周长: {perimeter:.2f}')
    print(f'面积: {area:.2f}')
    复制代码

> **说明**：上面代码中的`import math`表示导入`math`模块，导入该模块以后，才能用`math.pi`得到圆周率的值。

这里其实还有一种格式化输出的方式，是 Python 3.8 中增加的新特性，大家直接看下面的代码就明白了。

"""
    输入半径计算圆的周长和面积
    
    Version: 1.2
    Author: 骆昊
    """
    import math
    
    radius = float(input('请输入圆的半径: '))  # 输入: 5.5
    perimeter = 2 * math.pi * radius
    area = math.pi * radius ** 2
    print(f'{perimeter = :.2f}')  # 输出：perimeter = 34.56
    print(f'{area = :.2f}')       # 输出：area = 95.03
    复制代码

> **说明**：假如变量`a`的值是`9.87`，那么字符串`f'{a = }'`的值是`a = 9.87`；而字符串`f'{a = :.1f}'`的值是`a = 9.9`。这种格式化输出的方式会同时输出变量名和变量值。

#### [例子3：判断闰年][3] ####

要求：输入一个1582年以后的年份，判断该年份是不是闰年。

"""
    输入年份，闰年输出True，平年输出False
    
    Version: 1.0
    Author: 骆昊
    """
    year = int(input('请输入年份: '))
    is_leap = year % 4 == 0 and year % 100 != 0 or year % 400 == 0
    print(f'{is_leap = }')
    复制代码

> **说明**：对于格里历（Gregorian calendar），即今天我们使用的公历，判断闰年的规则是：1. 公元年份非4的倍数是平年；2. 公元年份为4的倍数但非100的倍数是闰年；3. 公元年份为400的倍数是闰年。格里历是由教皇格里高利十三世在1582年10月引入的，作为对儒略历（Julian calendar）的修改和替代，我们在输入年份时要注意这一点。上面的代码通过`%`来判断`year`是不是`4`的倍数、`100`的倍数、`400`的倍数，然后用`and`和`or`运算符将三个条件组装在一起，前两个条件要同时满足，第三个条件跟前两个条件的组合只需满足其中之一。

### [总结][Link 5] ###

通过上面的讲解和例子，相信大家已经感受到了运算符和表达式的力量。实际编程中的很多问题，都需通过构造表达式来解决，所以变量、运算符、表达式对于任何一门编程语言都是极为重要的基础。

[Link 1]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MTI1NQ==#%E7%AE%97%E6%9C%AF%E8%BF%90%E7%AE%97%E7%AC%A6
[Link 2]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MTI1NQ==#%E8%B5%8B%E5%80%BC%E8%BF%90%E7%AE%97%E7%AC%A6
[Link 3]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MTI1NQ==#%E6%AF%94%E8%BE%83%E8%BF%90%E7%AE%97%E7%AC%A6%E5%92%8C%E9%80%BB%E8%BE%91%E8%BF%90%E7%AE%97%E7%AC%A6
[Link 4]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MTI1NQ==#%E8%BF%90%E7%AE%97%E7%AC%A6%E5%92%8C%E8%A1%A8%E8%BE%BE%E5%BC%8F%E5%BA%94%E7%94%A8%E4%B8%BE%E4%BE%8B
[1]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MTI1NQ==#%E4%BE%8B%E5%AD%901%EF%BC%9A%E5%8D%8E%E6%B0%8F%E6%B8%A9%E5%BA%A6%E8%BD%AC%E6%91%84%E6%B0%8F%E6%B8%A9%E5%BA%A6
[2]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MTI1NQ==#%E4%BE%8B%E5%AD%902%EF%BC%9A%E8%AE%A1%E7%AE%97%E5%9C%86%E7%9A%84%E5%91%A8%E9%95%BF%E5%92%8C%E9%9D%A2%E7%A7%AF
[3]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MTI1NQ==#%E4%BE%8B%E5%AD%903%EF%BC%9A%E5%88%A4%E6%96%AD%E9%97%B0%E5%B9%B4
[Link 5]: http://tuwen.1000phone.net/details?id=MTI1NQ==#%E6%80%BB%E7%BB%93