7　Python运算符和操作对象

运算符和操作对象是计算机中比较常见的，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。

什么是运算符和操作对象:

运算符是一些特殊符号的集合，我们前面学习的加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）、地板除（//）、取余（%）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，不过乘除的写法不一样，这个要记住。小萌看到这个标题后快速回忆，这个学习方式不错，不但能温故知新，还做了联想记忆和纵向比对，值得借鉴。
Python支持以下8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。
（8）运算符优先级。
这么多，看来今天可以大开眼界了，小萌心里一阵狂喜。
接下来让我们一个一个学习吧！

1.算术运算符

表为算术运算符的描述和实例。假设变量a为10，变量b为5。

算术运算符:

下面进行实战。在交互模式输入如下：

>>> 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，取余、取整除前面都已经做过详细介绍，较好理解。但是幂运算与数学中学习的乘方运算的形式是不一样的，是a 2 这样的形式。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，为什么会出现32位和64位操作系统，并且现在大家都趋向于安装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。这个结果意味着32位操作系统最大只能支持4GB的内存，现在手机都是4GB标配了，电脑4GB怎么够呢？所以大家都趋向于选择64位操作系统了，64位操作系统能支持多大内存，大家可以自行计算一下。

2.比较运算符

表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。

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里预期，结果就是True，不符合结果就是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。
注意:在一些地方，会用1代表True、0代表False，这是正确也是合理的表示方式。大家可以理解为开和关，就像我们在物理中所学的电流的打开和关闭一样。后面会有更多地方用1和0代表True和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。若以后看到<>运算符，则使用的是Python 2。

3.赋值运算符

表为赋值运算符的描述和实例。假设变量a为10，变量b为20。

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

3.位运算符

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

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

4.逻辑运算符

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

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

5.成员运算符

除了之前介绍的运算符外，Python还支持成员运算符，表为成员运算符的描述和实例。

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。

6.身份运算符

身份运算符用于比较两个对象的存储单元，表为身份运算符的描述和实例。

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

注意:后面已对变量b重新赋值，因而输出结果与前面不太一致。

7.运算符优先级

表列出了从最高到最低优先级的所有运算符。

运算符优先级：

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遵守数学操作符的传统规则。
小萌，还记得数学里面操作符的传统规则是怎样的吗？
恩，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，交互模式输入如下：

>>> 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1，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。