详解7类Python运算符及代码举例

导读：运算这一概念起源于数学，即通过运算法使参与运算的元素得出确定且可重复的结果。作为计算机的核心功能，运算架构起计算机系统的逻辑体系。计算机运算并不局限于普通的数学计算，它更贴近于“逻辑推算”这一概念，其根本目的就是实现逻辑推算。

运算符是运算法则的具体体现。Python提供了算术运算符、赋值运算符、比较运算符、逻辑运算符、位运算符、身份运算符和成员运算符7类运算符，从而实现了丰富多样的运算功能。

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01 算术运算符

算术运算符是对运算数进行算术运算的一系列符号，能够满足一般的运算需求。Python中的算术运算符如下所示。

•  +：加，两个对象相加
•  -：减，得到负数或一个数减去另一个数
•  *：乘，两个数相乘或返回一个被重复若干次的字符串
•  /：除，x除以y
•  %：取模，返回除法的余数
•  **：幂，返回x的y次幂
•  //：取整除，返回商的整数部分

算术运算结果的数字类型与运算数的类型有关。进行除法（/）运算时，不管商为整数还是浮点数，运算结果始终为浮点数。要得到整型的商，需要用双斜杠（//）做整除，且除数必须是整型的。对于其他的运算，只要任一运算数为浮点数，运算结果就是浮点数。Python算术运算的基础使用方法如下所示。 

num_int = 4  
num_float = 4.0  
print('整数与浮点数的和为：', num_int + num_float)      
#Out[1]: 整数与浮点数的和为：8.0      
print('整数与浮点数的差为：', num_int - num_float)  
#Out[2]: 整数与浮点数的差为： 0.0      
print('整数与浮点数的积为：', num_int * num_float)  
#Out[3]: 整数与浮点数的积为：16.0      
print('浮点数与整数的商为：', num_float / num_int)  
#Out[4]: 浮点数与整数的商为：1.0      
print('浮点数对整数取模结果为：', num_float % num_int)  
#Out[5]: 浮点数对整数取模结果为： 0.0    
print('浮点数的整数次幂为：', num_float ** num_int)  
#Out[6]: 浮点数的整数次幂为：256.0   

02 赋值运算符

赋值运算符用于变量的赋值和更新。Python的赋值运算符除基础赋值运算符（=）外，还包括加法赋值运算符、减法赋值运算符等。严格地说，除基础赋值运算符外，其他都属于特殊的赋值运算符。Python中的赋值运算符如下所示。

•  =：赋值运算
•  +=：加法赋值运算
•  -=：减法赋值运算
•  *=：乘法赋值运算
•  /=：除法赋值运算
•  %=：取模赋值运算
•  **=：幂赋值运算
•  //=：取整除赋值运算

表2-2中的特殊赋值运算符可以看作变量的快速更新，更新意味着该变量是存在的，而对于一个之前不存在的变量，不能使用特殊的赋值运算符。Python赋值运算的基础使用方法如下所示。 

num_int1 = 4  
print('赋值后num_int1为：', num_int1)  
#Out[7]: 赋值后num_int1为：4  
num_int1 = 4 + 6  
print('赋值后num_int1为：', num_int1)  
#Out[8]: 赋值后num_int1为：10  
num_int1 = 4 * 2  
print('赋值后num_int1为：', num_int1)  
#Out[9]: 赋值后num_int1为：8  
num_int1 = 4 / 2  
print('赋值后num_int1为：', num_int1)  
#Out[10]: 赋值后num_int1为：2.0  
num_int1 = 4 % 2  
print('赋值后num_int1为：', num_int1)  
#Out[11]: 赋值后num_int1为： 0  
num_int1 = 4 ** 2  
print('赋值后num_int1为：', num_int1)  
#Out[12]: 赋值后num_int1为：16 

03 比较运算符

比较运算符用于对比数之间的大小或是否相等。Python中的比较运算符如下所示。

•  ==：表示等于，比较对象是否相等
•  !=：表示不等于，比较两个对象是否不等
•  >：表示大于，返回x是否大于y
•  <：表示小于，返回x是否小于y。所有比较运算符返回1表示真，返回0表示假。这分别与特殊的变量True和False等价。注意，这些变量名的首字母大写
•  >=：表示大于等于，返回x是否大于等于y
•  <=：表示小于等于，返回x是否小于等于y

比较运算符也可用于字符之间的比较。Python中的字符使用ASCII编码，每个字符都有属于自己的ASCII码，字符比较的本质是字符ASCII码的比较。Python比较运算的基础使用方法如下所示。 

num_int = 4  
num_float = 4.0  
print('num_int与num_float是否相等：', num_int == num_float)  
#Out[13]: num_int与num_float是否相等：True  
print('num_int与num_float是否不相等：', num_int != num_float)  
#Out[14]: num_int与num_float是否不等：False  
print('num_int是否大于num_float：', num_int > num_float)  
#Out[15]: num_int是否大于num_float：False  
print('num_int是否小于num_float：', num_int < num_float)  
#Out[16]: num_int是否小于num_float：False  
print('num_int是否大于等于numfloat：', num_int >= num_float)  
#Out[17]: num_int是否大于等于numfloat：True  
print('num_int是否小于等于num_float：', num_int <= num_float)  
#Out[18]: num_int是否小于等于num_float：True 

04 逻辑运算符

逻辑运算即判断事物之间的“与”“或”“非”关系，Python中的逻辑运算符包含and、or、not，如下所示。

•  and，x and y：表示与，x为False时，“x and y”返回False，否则返回y的计算值
•  or，x or y：表示或，x为True时，“x or y”返回x的值，否则返回y的计算值
•  not，not x：表示非，x为True时，“not x”返回False，否则返回True

Python逻辑运算的基础使用方法如下所示。 

num_bool1 = False  
num_bool2 = True  
print('num_bool1 and num_bool2返回值为：', num_bool1 and num_bool2)    
#Out[19]: num_bool1 and num_bool2返回值为：False      
print('num_bool1 or num_bool2返回值为：', num_bool1 or num_bool2)      
#Out[20]: num_bool1 or num_bool2返回值为：True      
print('not num_bool2的返回值为：', not (num_bool2))    
#Out[21]: not num_bool2的返回值为：False     

05 按位运算符

十进制数被人们广泛使用，但对于计算机而言，二进制数反而是更重要的，计算机的一切计算都建立在二进制数计算的基础上。按位运算是一种将十进制数转为二进制数再进行运算的过程。Python中的位运算符如下所示。

•  &：表示按位与，参与运算的两个值相应位都为1，则该位的结果为1，否则为0
•  |：表示按位或，只要对应的两个二进制位有一个为1，结果位就为1
•  ^：表示按位异或，当两个对应的二进制位相异时，结果为1
•  ~：表示按位取反，对每个二进制位取反，把1变为0，把0变为1。~x类似于-x-1
•  <<：表示左移，二进制位左移，由“<<”右边的数指定移动位数，高位丢弃，低位补0
•  >>：表示右移，“>>”左边运算数的二进制位全部右移，“>>”右边的数指定移动的位数

Python按位运算的基础使用方法如下所示。 

num_int1 = 15  # 15 = 00001111  
num_int2 = 23  # 23 = 00010111  
# 按位与，num_int1 & num_int2 = 00000111  
print('num_int1按位与num_int2结果为：', num_int1 & num_int2) 
#Out[22]: num_int1按位与num_int2结果为：7  
# 按位或，num_int1 | num_int2 = 00011111  
print('num_int1按位或num_int2结果为：', num_int1 | num_int2)  
#Out[23]: num_int1按位或num_int2结果为：31      
# 按位异或，num_int1 ^ num_int2 = 00011000  
print('num_int1按位异或num_int2结果为：', num_int1 ^ num_int2)  
#Out[24]: num_int1按位异或num_int2结果为：24  
# 按位取反，~ num_int1 = 11110000  
print('num_int1按位取反结果为：', ~ num_int1)  
#Out[25]: num_int1按位取反结果为： -16  
# 左移动两位，num_int1 << 22 = 00111100  
print('num_int1左移动两位结果为：', num_int1 << 2)  
#Out[26]: num_int1左移动两位结果为：60  
# 右移动两位，num_int1 >> 2 = 00000011  
print('num_int1右移动两位结果为：', num_int1 >> 2)  
#Out[27]: num_int1右移动两位结果为：3 

在按位运算中，取反运算较难理解，因为涉及补码的计算。

十进制数的二进制原码包括符号位和二进制值。以“60”为例，其二进制原码为“00111100”，第1位为符号位，0代表正数，1则代表负数。正数的补码与二进制原码相同，负数的补码则为二进制原码符号位保持不变，其余各位取反后再在最后一位上加1。

取反操作可以总结为以下5个步骤。

1.  取十进制数的二进制原码。
2.  对原码取补码。
3.  补码取反（得到最终结果的补码）。
4.  取反结果再取补码（得到最终结果的原码）。
5.  二进制原码转十进制数。

06 身份运算符

身份运算符用于比较两个对象的储存单位，如下所示。

•  is：is用于判断两个对象的储存单位是否相同
•  is not：is not用于判断两个对象的储存单位是否不同

Python身份运算的基础使用方法如下所示。 

num_int1 = 15  
num_int3 = 15  
print('num_int1与num_int3储存单位是否相同：', num_int1 is num_int3)  
#Out[28]: num_int1与num_int3储存单位是否相同：True 
num_int2 = 15.0  
print('num_int1与num_int2储存单位是否相同：', num_int1 is num_int2)  
#Out[29]: num_int1与num_int2储存单位是否相同：False  
# 如果储存单位相同就返回True，否则返回False  
print('num_int1与num_int3储存单位是否不同：', num_int1 is not num_int3)  
#Out[30]: num_int1与num_int3储存单位是否不同：False  
print('num_int1与num_int2储存单位是否不同：', num_int1 is not num_int2)  
#Out[31]: num_int1与num_int2储存单位是否不同：True 

在身份运算中，内存地址相同的两个变量进行is运算时，返回True；内存地址不同的两个变量进行is not运算时，返回True。当a、b获取到一样的值时，两个变量就获取同样的内存地址。

07 成员运算符

成员运算符的作用是判断某个指定值是否存在某一序列中，包括字符串、列表和元组，如下所示。

•  in：如果在指定序列中找到指定值，返回True，否则返回False
•  not in：如果在指定序列中没找到指定值，返回True，否则返回False

Python成员运算的基础使用方法如下所示。

num_int1 = 15  
list2 = [1, 'apple', 15]  
print('num_int1是否在list2中：', num_int1 in list2)  
#Out[32]: num_int1是否在list2中：True  
array = ('orange', 6, 15)  
print('num_int1是否不在array中：', num_int1 not in array)  
#Out[33]: num_int1是否不在array中：False 

08 运算符优先级

在Python中，运算符操作很常见，运算通常以表达式的形式进行。表达式由运算符和运算数组成，比如“1＋2”就是一个表达式，其中的“＋”是运算符，“1”和“2”则是运算数。一个表达式往往包含不止一个运算符，当一个表达式中存在多个运算符时，就需要考虑运算的顺序，即运算符的优先级。

运算符的优先级如下所示，优先级从上往下依次降低，同一优先级的运算符按从左到右的顺序进行运算。

1.  **：指数（最高优先级）
2.  ~ + -：按位翻转，一元加号和减号（最后两个的方法名为+@和-@）
3.  * / % //：乘、除、取模和取整除
4.  + -：加法、减法
5.  >> <<：右移、左移运算符
6.  &：位“AND”
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
13.  and or not：逻辑运算符

运算符优先级的基础使用方法如下所示。 

# 先执行乘除法运算，再执行加减法运算  
print('num_float + num_int1 / num_int3 =', num_float + num_int1 / num_int3)  
#Out[34]: num_float + num_int1 / num_int3 = 5.0  
# 先执行加减法运算，再执行比较运算  
print('num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3：',  
      num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3)  
#Out[35]: num_int1 - num_int2 > num_int1 - num_int3：False  
# 先执行加减法运算，再做身份判断  
print('num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1：',  
      num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1)  
#Out[36]: num_int1 - num_int3 + num_int1 is num_int1：True  
# 先执行指数运算，再执行减法运算，最后做身份判断  
print('num_float ** 2 - 1 is not num_int2：',  
      num_float ** 2 - 1 is not num_int2)  
#Out[37]: num_float ** 2 - 1 is not num_int2：True