变量、运算符与数据类型和位运算

2 变量、运算符与数据类型

2.1注释

1.在python中，#表示注释，作用于整行。''' ''' 或者""" """表示区间注释，在三引号之间的所有内容被注释

# 单行注释
# 这是一个注释
print("Hello world")
# Hello world

#多行注释
'''
这是多行注释，用三个单引号
这是多行注释，用三个单引号
这是多行注释，用三个单引号
'''

2.2运算符

算术运算符

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比较运算符

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逻辑运算符

image-20201227211144269.png

位运算符

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三元运算符

x, y = 4, 5
if x < y:
small = x
else:
small = y
print(small) # 4

#有了这个三元操作符的条件表达式，你可以使用一条语句来完成以下的条件判断和赋值操作。
x, y = 4, 5
small = x if x < y else y
print(small) # 4

其他运算符

image-20201227211446093.png

注意：

1. is, is not 对比的是两个变量的内存地址
2. ==, != 对比的是两个变量的值

即：

1. 假如比较的两个变量，指向的都是地址不可变的类型（str等），那么is，is not 和 ==，！= 是完全等价的。
2. 假如对比的两个变量，指向的是地址可变的类型（list，dict，tuple等），则两者是有区别的。

运算符的优先级

1. 一元运算符优于二元运算符。如正负号。
2. 先算术运算，后移位运算，最后位运算。例如 1 << 3 + 2 & 7等价于 (1 << (3 + 2)) & 7
3. 逻辑运算最后结合

2.3 变量和赋值

1. 在使用变量之前，需要对其先赋值。
2. 变量名可以包括字母、数字、下划线、但变量名不能以数字开头。
3. Python 变量名是大小写敏感的，foo != Foo。

2.4 数据类型与转换

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整型 <class 'int' >

a = 1031
print(a, type(a))

# 1031 <class 'int'>

通过 print 可看出 a 的值，以及类 (class) 是 int 。

Python 里面万物皆对象（object），整型也不例外，只要是对象，就有相应的属性 （attributes） 和方法（methods）。 可以通过dir()查看对象和方法

浮点型 <class 'float'>

print(1, type(1))
# 1 <class 'int'>

print(1., type(1.))
# 1.0 <class 'float'>

a = 0.00000023
b = 2.3e-7
print(a) # 2.3e-07
print(b) # 2.3e-07

布尔型 <class 'bool'>

​ 布尔 (boolean) 型变量只能取两个值， True 和 False 。当把布尔变量用在数字运算中，用 1和0代表True和
False 。

print(True + True) # 2
print(True + False) # 1
print(True * False) # 0

除了直接给变量赋值 True 和 False ，还可以用bool(X)来创建变量，其中 X 可以是

1. 基本类型：整型、浮点型、布尔型
2. 容器类型：字符、元组、列表、字典和集合

确定 bool(X) 的值是 True 还是 False ，就看 X 是不是空，空的话就是 False ，不空的话就是 True 。

对于数值变量， 0 , 0.0 都可认为是空的。

对于容器变量，里面没元素就是空的。

获取类型信息

1. 获取类型信息 type(object)
2. 获取类型信息isinstance(object, classinfo)

print(type(1)) # <class 'int'>
print(type(5.2)) # <class 'float'>

print(isinstance(1, int)) # True
print(isinstance(5.2, float)) # True

注：

1. type()不会认为子类是一种父类类型，不考虑继承关系。
2. isinstance()会认为子类是一种父类类型，考虑继承关系。
   如果要判断两个类型是否相同推荐使用 isinstance() 。

类型转换

1. 转换为整型 int(x, base=10)
2. 转换为字符串 str(object='')
3. 转换为浮点型 float(x)

print(int('520')) # 520
print(int(520.52)) # 520
print(float('520.52')) # 520.52
print(float(520)) # 520.0
print(str(10 + 10)) # 20
print(str(10.1 + 5.2)) # 15.3

2.5 print() 函数

print(*objects, sep=' ', end='\n', file=sys.stdout, flush=False)

1. 将对象以字符串表示的方式格式化输出到流文件对象file里。其中所有非关键字参数都按 str()方式进行转换为字符
   串输出；
2. 关键字参数sep 是实现分隔符，比如多个参数输出时想要输出中间的分隔字符；
3. 关键字参数 end是输出结束时的字符，默认是换行符\n；
4. 关键字参数 file是定义流输出的文件，可以是标准的系统输出sys.stdout ，也可以重定义为别的文件；
5. 关键字参数flush 是立即把内容输出到流文件，不作缓存。

3 位运算

3.1 原码、反码和补码

二进制有三种不同的表示形式：原码、反码和补码，计算机内部使用补码来表示。

符号位：最高位为符号位，0表示正数，1表示负数。在位运算中符号位也参与运算。

原码：就是其二进制表示（注意，有一位符号位）。

00 00 00 11 -> 3
10 00 00 11 -> -3

反码：正数的反码就是原码，负数的反码是符号位不变，其余位取反（对应正数按位取反）。

00 00 00 11 -> 3
11 11 11 00 -> -3

补码：正数的补码就是原码，负数的补码是反码+1。

00 00 00 11 -> 3
11 11 11 01 -> -3

3.2 按位非操作 ~

~把num的补码中的 0 和 1 全部取反（0 变为 1，1 变为 0）有符号整数的符号位在 ~运算中同样会取反。

~ 1 = 0
~ 0 = 1

00 00 01 01 -> 5
~
---
11 11 10 10 -> -6
11 11 10 11 -> -5
~
---
00 00 01 00 -> 4

3.3 按位与操作 &

只有两个对应位都为 1 时才为 1

1 & 1 = 1
1 & 0 = 0

00 00 01 01 -> 5
&
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 00 -> 4

3.4 按位或操作 |

只要两个对应位中有一个 1 时就为 1

1 | 1 = 1
1 | 0 = 1

00 00 01 01 -> 5
|
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 11 -> 7

3.5 按位异或操作 ^

只有两个对应位不同时才为 1

1 ^ 1 = 0
1 ^ 0 = 1

00 00 01 01 -> 5
^
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 00 11 -> 3

异或操作的性质：满足交换律和结合律

A: 00 00 11 00
B: 00 00 01 11
A^B: 00 00 10 11
B^A: 00 00 10 11

A^A: 00 00 00 00
A^0: 00 00 11 00

A^B^A: = A^A^B = B = 00 00 01 11

3.6 按位左移操作 <<

num<<i 将num 的二进制表示向左移动 i位所得的值。

00 00 10 11 -> 11
11 << 3
---
01 01 10 00 -> 88

3.7 按位右移操作 >>

num>>i将num的二进制表示向右移动 i位所得的值。

00 00 10 11 -> 11
11 >> 2
---
00 00 00 10 -> 2

3.8 利用位运算实现快速计算

通过<<，>> 快速计算2的倍数问题。

n << 1 -> 计算 n*2
n >> 1 -> 计算 n/2，负奇数的运算不可用
n << m -> 计算 n*(2^m)，即乘以 2 的 m 次方
n >> m -> 计算 n/(2^m)，即除以 2 的 m 次方
1 << n -> 2^n

通过^快速交换两个整数。

a ^= b
b ^= a
a ^= b

通过 a & (-a) 快速获取 a的最后为 1 位置的整数。

00 00 01 01 -> 5
&
11 11 10 11 -> -5
---
00 00 00 01 -> 1
00 00 11 10 -> 14
&
11 11 00 10 -> -14
---
00 00 00 10 -> 2

3.9 利用位运算实现整数集合

一个数的二进制表示可以看作是一个集合（0 表示不在集合中，1 表示在集合中）。
比如集合 {1, 3, 4, 8}，可以表示成01 00 01 10 10而对应的位运算也就可以看作是对集合进行的操作。
元素与集合的操作：

a | (1<<i) -> 把 i 插入到集合中
a & ~(1<<i) -> 把 i 从集合中删除
a & (1<<i) -> 判断 i 是否属于该集合（零不属于，非零属于）

集合之间的操作：

a 补 -> ~a
a 交 b -> a & b
a 并 b -> a | b
a 差 b -> a & (~b)

整数在内存中是以补码的形式存在的，输出自然也是按照补码输出。