第3章
运算符
在Python中,运算符(operator)是一种特殊的符号,表示应该执行某种计算。运算符
作用的对象称为操作数(operand)。
>>> a = 1
>>> b = 2
>>> a + b #“+”叫作运算符,变量a 和b 叫作操作数
3
用运算符和括号将操作数连接起来的、符合Python语法规则的式子,称为表达式
(expression),如a+b-5。
本章讲述5种运算符,它们分别是算术运算符、比较运算符、逻辑运算符、位运算符和恒
等运算符。
3.1 算术运算符
Python语言中一共有9个算术运算符,如表3-1所示。
表3-1 算术运算符
运算符类 别意 义示 例说 明
+ 一元正号 +a 正号
+ 二元求和 a+ b 求a与b的和
- 一元负号 -a 负号
- 二元求差 a- b 求a和b的差
* 二元乘法 a* b 求a和b的乘积
/ 二元除法 a/b 求a除以b的值,结果为浮点数
% 二元求余数a% b 求a除以b的余数
// 二元求整商a//b 求a除以b的商(下取整)
** 二元幂运算a**b 求a的b次幂
教学课件
第3章 运算符 49
>>> a = 3
>>> b = 2
>>> +a
3>
>> -a
-3
>>> a + b
5>
>> a - b
1>
>> a * b
6>
>> a / b
1.5
>>> a % b
1>
>> a**b
9
注意:(1)除法运算的结果总是一个浮点数。
>>> 6 / 3 #结果不是2 而是2.0,与C 语言不同
2.0
>>> 5 / 2 #与C 语言不同
2.5
(2)求整商“//”的计算结果。
>>> 5 // 2 #2.5 下取整为2
2>
>> 5 // -2 #-2.5 下取整为-3
-3
>>> -5 // 2 #-2.5 下取整为-3
-3
>>> -5 // -2 #2.5 下取整为2
2
n% m 的计算结果是[0,m-1]。求余运算的一个应用场景是求一个多位数各个数
位上的数字。
>>> num = 351
>>> num %10 #得到num 个位上的数字
1>
>> num // 100 #得到num 百位上的数字
3
50 Python程序设计教程(第2版)
>>> num // 10 %10 #得到num 十位上的数字
5
Python语言的内置函数divmod(),可以同时计算整商和余数;函数pow()用来执行幂
运算。
>>> a, b = divmod(41, 7)
>>> a #a = 41 // 7
5>
>> b #b = 41 % 7
6>
>> pow(5, 2) #相当于计算5**2,求幂(Power)
25
>>> pow(5, 2, 3) #相当于计算5**2 %3
1
3.2 比较运算符
Python语言中一共有6个比较运算符,如表3-2所示。
表3-2 比较运算符
运算符意 义示 例说 明
== 等于 a== b 如果a等于b,则结果为True;否则为False
!= 不等于 a!= b 如果a不等于b,则结果为True;否则为False
< 小于 a< b 如果a小于b,则结果为True;否则为False
<= 小于或等于a<= b 如果a小于或等于b,则结果为True;否则为False
> 大于 a> b 如果a大于b,则结果为True;否则为False
>= 大于或等于a>= b 如果a大于或等于b,则结果为True;否则为False
>>> a = 1
>>> b = 2
>>> a == b
False
>>> a != b
True
>>> a <= b
True
>>> a >= b
False
有些浮点数在计算机内部不能精确地存储。
第3章 运算符 51
>>> x = 1.1 + 2.2
>>> x == 3.3 #不能精确存储,导致两者不相等
False
因此,确定两个浮点数是否“相等”的首选方法,是在给定误差(Tolerance)的情况下,计
算它们是否彼此接近。
>>> tolerance = 0.00001
>>> x = 1.1 + 2.2
>>> abs(x -3.3) < tolerance #求绝对值函数abs()
True
此时可以认为x等于3.3。
3.3 逻辑运算符
Python语言中一共有3个逻辑运算符,如表3-3所示。
表3-3 逻辑运算符
运算符示 例说 明
not notx 如果x为False,则结果为True;否则结果为False
or xory 如果x和y都为False,则结果为False;否则结果为True
and xandy 如果x和y都为True,则结果为True;否则结果为False
在计算逻辑表达式的值时,并不是所有的表达式都会被执行。只有在必须执行下一个
表达式才能得到最终的值时,才会执行这个表达式,否则不执行该表达式,这种特性叫作短
路求值(Short-CircuitEvaluation)。
>>>x =1
>>>not x <2 #x <2 为True,因此结果为False
False
>>>x <2 or 0 >1 #x <2 为True,因此结果为True
True #短路求值,不执行第2 个表达式0 >1
>>>x <0 or 2 <1 #x <0 为False,2 <1 为False,因此结果为False
False
>>>x <0 and 2 >1 #x <0 为False,因此结果为False
False #短路求值,不执行第2 个表达式2 >1
>>>x >0 and 2 >1 #x >0 为True,2 >1 为True,因此结果为True
True
下列所有数据都等价于False。
(1)布尔值False;
(2)任何零值,如0、0.0、0+0j;
52 Python程序设计教程(第2版)
(3)空字符串;
(4)空列表、空元组、空集合、空字典;
(5)None。
>>>bool(0), bool(0.0), bool(0+0j) #0、0.0 和0+0j 都为False
(False, False, False)
>>>bool(-1), bool(1.1), bool(1+1j) #-1、1.1 和1+1j 都为True
(True, True, True)
>>>bool(''), bool(None), bool(False) #空字符串''、None 和False 都为False
(False, False, False)
>>>bool("fun"), bool(' ') #字符串fun 和空格' '都为True
(True, True)
>>>bool(list()) #空列表list()为False
False
>>>bool(tuple()) #空元组tuple()为False
False
>>>bool(set()) #空集合set()为False
False
>>>bool(dict(), #空字典dict()为False
False
下列逻辑表达式中使用了非布尔操作数。
>>>x =1
>>>y =2
>>>x and y
2>
>>x or y #短路求值,因为x 等价于True
1>
>>bool(x) #x 的值为1,等价于True
True
>>>not x
False
>>>x =0.0
>>>y =1.1
>>>x and y #短路求值
0.0
>>>x or y
1.1
>>>bool(x) #x 的值为0.0,等价于False
False
>>>not x
True
在某些情况下,利用短路求值可以编写出既简洁又高效的代码。假如有两个变量a和
b,想要知道表达式b/a是否大于0,代码如下:
第3章 运算符 53
>>>a =2
>>>b =1
>>>(b / a) >0
True
考虑到a可能为0,此时会引发Python解释器抛出异常。
>>>a =0
>>>b =1
>>>(b / a) >0
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#136>", line 1, in <module>
(b / a) >0
ZeroDivisionError: division by zero
为了避免发生异常,可以这样修改代码:
>>>a !=0 and (b / a) >0
False
当a为0时,a!=0为False,短路求值特性确保第2个表达式(b/a)>0不被执行,
从而避免引发异常。实际上,上述代码还可以编写得更简洁。当a为0时,a本身就等价于
False,因此不需要显式地比较a!=0。
>>>a and (b / a) >0 #a 非0 时,才会执行第2 个表达式
0
3.4 位运算符
位运算符将操作数看作二进制数字序列,并对其逐位操作。Python语言支持的位运算
符如表3-4所示。
表3-4 位运算符
运算符示 例意 义说 明
& a&b 按位与对应位的与运算,只有两者都是1,才为1;否则为0
| a|b 按位或对应位的或运算,只要有一个为1,则为1;否则为0
~ ~a 按位取反将每一位都逻辑求反,如果为0,则为1;如果为1,则为0
^ a^b 按位异或对应位的异或运算,如果两者不同,则为1;否则为0
>> a>> n 按位右移将每一位都向右移动n位
<< a<< n 按位左移将每一位都向左移动n位
>>> 0b1100 & 0b1010
54 Python程序设计教程(第2版)
8>
>> bin(8) #将十进制数8 转换为二进制数
'0b1000'
>>> 0b1100 | 0b1010
14
>>> bin(14) #将十进制数14 转换为二进制数
'0b1110'
>>> 0b1100 ^ 0b1010
6>
>> bin(6) #将十进制数6 转换为二进制数
'0b110'
>>> 0b1100 >>2
3>
>> bin(3)
'0b11'
>>> 0b1100 <<2
48
>>> bin(48)
'0b110000'
>>> ~0b1100 #二进制数1100 等于十进制数12
-13 #因此~12 等于-13
>>> bin(-13)
'-0b1101'
读者可以验证一下~12等于-13这一事实。注意,数据在计算机内部是以补码的形式
存储的。
3.5 恒等运算符
Python提供了两个恒等运算符(identityoperator)is和isnot,用于确定两个操作数是
否恒等,即引用同一个对象。下面是两个相等但不相同的对象(不恒等)。
>>> x = 1001
>>> y = 1000+1
>>> print(x, y)
1001 1001
>>> x == y
True
>>> x is y
False
>>> y is x
False
变量x和y都指向值为1001的对象,它们是相等的,但它们引用的不是同一个对象,这
第3章 运算符 55
可以使用id()函数进行验证。
>>> id(x)
2685066139824
>>> id(y)
2685066141040
由上述可知,变量x的标识为2685066139824,而变量y的标识为2685066141040,显然
两者引用的不是同一个对象。
当执行y=x这样的赋值操作时,Python只创建对同一个对象x的第二个引用y。
>>> a = "just for test"
>>> b = a
>>> id(a)
2685066109872
>>> id(b)
2685066109872 #变量a 和b 指向同一段内存地址
>>> a is b #变量a 和b 指向同一个对象
True
>>> a == b #变量a 和b 的值相等
True
运算符isnot与is的逻辑功能相反。
>>> x = 5
>>> y = 10
>>> x is not y
True
3.6 运算符的优先级
在求解表达式的值时,必须按照运算符的优先级以从高到低的顺序执行(括号除外)。
表3-5按照优先级从低到高的顺序列出Python的部分运算符。
表3-5 运算符的优先级
运 算 符说 明
or 逻辑或
and 逻辑与
not 逻辑非
==,!=,<,<=,>,>=,is,isnot 优先级相同
| 按位或
续表
56 Python程序设计教程(第2版)
运 算 符说 明
^ 按位异或
& 按位与
<<,>> 按位左移、按位右移
+,- 加、减
*,/,//,% 乘、除、求整商、求余数
+x,-x,~x 正号、负号、按位取反
** 幂运算
>>> 2 * 3**2 * 4 #先计算3**2,然后自左向右按顺序计算
72
可以使用小括号改变运算符的执行顺序。
>>> 10 + 2 * 5
20
>>> (10 + 2) * 5
60
有时使用小括号不是想要改变计算的先后顺序,而是为了提高代码的可读性,这是一种
好的编程实践,避免了记忆运算符优先级的烦恼。
>>> (a <10) and (b >20) #推荐的做法,尽管小括号是多余的
>>> a <10 and b >20 #不推荐
3.7 复合赋值运算符
在赋值符“=”之前加上其他运算符,就构成了复合赋值运算符。例如,在“=”前加一个
“+”运算符就构成复合赋值运算符“+=”。
a + =1 等价于a = a +1
a % =3 等价于a = a %3
a ^ =5 等价于a = a ^ 5
算术运算符支持此种用法。
+=、-=、*=、/=、%=、//=、**=
>>>a =2
第3章 运算符 57
>>>a *=3 -1 #等价于a =a * (3 -1),而不是a =a * 3 -1
>>>a
4
位运算符也支持此种用法。
&=、|=、^=、>>=和<<=
>>> a = 1
>>> a += 5
>>> a
6
3.8 小结
本章讲述了各种运算符的用法,包括算术运算符、比较运算符、逻辑运算符、位运算符
等。将赋值符“=”与其他运算符相结合就构成了复合赋值运算符,如“+=”。另外,逻辑运
算符还具有短路求值特性,利用这一特性可以编写更简洁、更高效的代码。
练习题3
1.编程计算下列各表达式的值。
(1)5+6
(2)5-6
(3)5*6
(4)10/4
(5)10//4
(6)10%4
(7)2**4
2.使用divmod()函数计算5除以3的整商和余数。
3.分别使用两种方法计算5的3次幂。
4.已知x=3,执行x*=2+1语句后x的值等于。
5.如果数据在计算机内部用1字节存储,则-5的补码为。
6.代码5>3+2的执行结果是。
7.请举例说明短路求值特性。
8.代码(0.4-0.1)==0.3的执行结果是什么? 为什么会有这样的结果?
9.请写出下列各表达式的值。
(1)bool(1.0+1.0j) (2)bool(0.0) (3)bool(None)
(4)bool(list()) (5)bool('hello') (6)bool(1)
10.已知x=5,y=3,求下列各表达式的值。
58 Python程序设计教程(第2版)
(1)xory (2)xandy (3)notx
11.已知a=0b110,b=0b101,求下列各表达式的值。
(1)a&b (2)a|b (3)a^b
(4)~a (5)a>>1 (6)b<<1
12.已知a= 'hello',b=a,求a== b的执行结果。
13.写出整数254的个位数字、十位数字和百位数字的表达式。