2.6　运算符和操作对象

运算符和操作对象是计算机编程中必不可少的组成元素，所有计算都涉及运算符和操作对象，本节将介绍Python中的运算符和操作对象。

2.6.1　什么是运算符和操作对象

运算符是一些特殊符号的集合，前面学习的加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）、地板除（//）、取模（%）等都是运算符。操作对象是由运算符连接起来的对象。加、减、乘、除4种运算符是我们从小学就开始接触的，不过在计算机语言中，乘除的写法和之前的写法不一样，这个要记住。读者可以快速回忆一下，在计算机中的乘除是怎么样的，自己去做一个纵向比对，看看计算机的乘除和未接触计算机之前的乘除的差异，借此加深自己的记忆。

Python支持以下7种运算符：

（1）算术运算符。

（2）比较（关系）运算符。

（3）赋值运算符。

（4）逻辑运算符。

（5）位运算符。

（6）成员运算符。

（7）身份运算符。

接下来分别进行介绍。

2.6.2　算术运算符

表2-1为算术运算符的描述和实例。假设变量a为10，变量b为5。

表2-1　算术运算符

下面进行实战。在交互模式下做如下练习：

>>> a=10
>>> b=5
>>> print(a + b)
15
>>> print(a - b)
5
>>> print(a * b)
50
>>> print(a / b)
2.0
>>> print(a ** b)
100000
>>> print(9 // 2)
4
>>> print(9.0 // 2.0)
4.0

此处的加、减、乘、除、取模、地板除前面都已经做过详细介绍，较好理解。但是幂运算的计算形式，与在数学中学习的乘方运算的形式不一样，数学中是 a ² 这样的形式，幂运算是a**2的形式。有没有更好的方式让人更容易记住这个符号呢？

有一个很好的例子，相信读者经常会被问到你的操作系统是32位还是64位的，或在安装某个软件时，经常会被问到是否支持64位操作系统等。

为什么会出现32位和64位的操作系统，并且现在读者都趋向于安装64位的软件？

先看交互模式下的两个输入：

>>> 2 ** 32 / 1024 / 1024 / 1024
4.0
>>> 2 ** 64 / 1024 / 1024 / 1024
17179869184.0

第一个输入，2**32是2的32次方，这是32位操作系统最大支持内存的字节数，除以第一个1024是转换为KB，1KB=1024B，除以第二个1024是转换为MB，1MB=1024KB，除以第三个1024是转换为GB，1GB=1024MB。这个结果告诉我们，32位的操作系统最大只能支持4GB的内存，现在手机都是4GB内存的标配了，计算机4GB的内存怎么够用呢？所以读者都趋向于选择64位操作系统。

2.6.3　比较运算符

表2-2为比较运算符的描述和实例。以下假设变量a为10、变量b为20。所有比较运算符返回1表示真，返回0表示假，与特殊的变量True和False等价。注意大写的变量名。

表2-2　比较运算符

下面进行实战。

>>> a=10
>>> b=20
>>> a == b
False
>>> a != b
True
>>> a > b
False
>>> a < b
True
>>> a >= b
False
>>> a <= b
True
>>> a + 10 >= b
True
>>> a + 10 > b
False
>>> a<=b-10
True
>>> a < b - 10
False
>>> a == b - 10
True

小智：小萌，注意到比较运算的特色了吗？

小萌：比较运算只返回True和False两个值。

小智：对的，能看出比较运算符两边的值和比较的结果有什么特色吗，特别是对于==、<、>、<=、>=这5个比较运算符的结果？

小萌：让我仔细观察观察，对于这些比较运算，只要左边和右边的操作数满足操作符的条件，结果就是True，不满足就是False。

小智：你理解的没错，其实可以通俗地理解为，比较结构符合大家的心理预期，结果就是True，不符合就是False。比如上面的例子中a<b，即10<20，符合大家的预期，就返回True；对于a==b，即10==20，大家一眼就能看出这两者不相等，就返回False。

另外，在Python 2中，有时会看到<>符号。和!=一样，<>也表示不等于，在Python 3中已去除该符号。

2.6.4　赋值运算符

表2-3为赋值运算符的描述和实例。假设变量a为10，变量b为20。

表2-3　赋值运算符

下面进行实战。

>>> a=10
>>> b=20
>>> c=0
>>> c=a + b
>>> print(c)
30
>>> c += 10
>>> print(c)
40
>>> c -= a
>>> print(c)
30
>>> c *= a
>>> print(c)
300
>>> c /= a
>>> print(c)
30.0
>>> c %= a
>>> print(c)
0.0
>>> c=a ** 5
>>> print(c)
100000
>>> c //= b
>>> print(b)
20
>>> print(c)
5000

2.6.5　位运算符

位运算符是把数字看作二进制进行计算的。表2-4为Python中位运算符的描述和实例。假设变量a为60，变量b为13。

表2-4　位运算符

下面进行实战。

>>> a=60
>>> b=13
>>> c=0
>>> c=a & b
>>> print(c)
12
>>> c=a | b
>>> print(c)
61
>>> c=a ^ b
>>> print(c)
49
>>> c=~a
>>> print(c)
-61
>>> c=a << 2
>>> print(c)
240
>>> c=a >> 2
>>> print(c)
15

2.6.6　逻辑运算符

Python语言支持逻辑运算符，表2-5为逻辑运算符的描述和实例，假设变量a为10，变量b为20。

表2-5　逻辑运算符

下面进行实战。

>>> a=10
>>> b=20
>>> a and b
20
>>> a or b
10
>>> not a
False
>>> not b
False
>>> not -1
False
>>> not False
True
>>> not True
False

2.6.7　成员运算符

除之前介绍的运算符外，Python还支持成员运算符，表2-6为成员运算符的描述和实例。

表2-6　成员运算符

下面进行实战。

>>> a=10
>>> b=5
>>> list=[1, 2, 3, 4, 5]
>>> print(a in list)
False
>>> print(a not in list)
True
>>> print(b in list)
True
>>> print(b not in list)
False

你可能会疑惑list是什么，list是一个集合，此处不做具体讲解，后面章节会有详细介绍。

2.6.8　身份运算符

身份运算符用于比较两个对象的存储单元，表2-7为身份运算符的描述和实例。

表2-7　身份运算符

下面进行实战。

>>> a=10
>>> b=10
>>> print(a is b)
True
>>> print(a is not b)
False
>>> b=20
>>> print(a is b)
False
>>> print(a is not b)
True

2.6.9　运算符的优先级

表2-8列出了从最高到最低优先级的所有运算符。

表2-8　运算符的优先级

当一个表达式中出现多个操作符时，求值的顺序依赖于优先级规则。Python中运算符的优先级规则遵守数学操作符的传统规则。

小智：“小萌，你还记得以前所学的数学里面操作符的优先级规则是怎样的吗？”

小萌：“还记得，就是有括号先算括号里的，无论是括号里还是括号外的，都是先乘除、后加减。”

在Python中有更多操作运算符，可以使用缩略词PEMDAS帮助记忆部分规则。

（1）括号（Parentheses，P）拥有最高优先级，可以强制表达式按照需要的顺序求值，括号中的表达式会优先执行，也可以利用括号使得表达式更加易读。

例如，对于一个表达式，想要执行完加减后再做乘除运算，在交互模式下输入如下：

>>> a=20
>>> b=15
>>> c=10
>>> d=5
>>> e=0
>>> e=(a - b) * c / d
>>> print('(a-b)*c/d=', e)
(a-b)*c/d= 10.0

顺利达到了我们想要的结果，如果不加括号会怎样呢？

>>> e=a – b * c / d
>>> print('a-b*c/d=', e)
a-b*c/d= -10.0

结果与前面完全不同了，这里根据先乘除后加减进行运算。如果表达式比较长，加上括号就可以使得表达式更易读。

>>> e=a + b + c – c * d
>>> print('a+b+c-c*d=', e)
a+b+c-c*d= -5

以上输入没有加括号，表达式本身没有问题，但看起来不太直观。如果进行如下输入：

>>> e=(a + b + c) - (c * d)
>>> print('(a+b+c)-(c*d)=', e)
(a+b+c)-(c*d)= -5

这样看起来就非常直观。运算结果还是一样的，但我们一看就能明白该表达式的执行顺序是怎样的。

（2）乘方（Exponentiation，E）操作拥有次高的优先级，例如：

>>> 2 ** 1 + 2
4
>>> 2 ** (1 + 2)
8
>>> 2 ** 2 * 3
12
>>> 2 * 2 ** 3
16
>>> 2 ** (2 * 3)
64

以上结果解释：2的一次方为2，加2后结果为4；1加2等于3，2的3次方结果为8；2的2次方为4，4乘以3等于12；2的3次方为8，2乘以8等于16；2乘以3等于6，2的6次方为64。

（3）乘法（Multiplication，M）和除法（Division，D）优先级相同，并且高于有相同优先级的加法（Addition，A）和减法（Subtraction，S），例如：

>>> a + b * c - d
165
>>> a * b / c + d
35.0

（4）优先级相同的操作按照自左向右的顺序求值（除了乘方外），例如：

>>> a + b – c + d
30
>>> a + b – c - d
20

其他运算符的优先级在实际使用时可以自行尝试判断。若通过观察判断不了，则可以在交互模式下通过实验进行判断。 HUJlkwJm8aKrxUmyXJeFChDOFwr07gELJtVF81+OawagrElhQCaD/rtfql76hmTL