2.3 運算符與表達式

編寫的大多數語句都包含了表達式（Expressions）。一個表達式的簡單例子是2+3。表達式可以拆分成運算符（Operators）與操作數（Operands）。

運算符是進行某些操作，并且可以用諸如+等符號或特殊關鍵詞加以表達的功能。運算符需要一些數據來進行操作，這些數據就被稱作操作數。在上面的例子中，2和3就是操作數。

2.3.1 運算符

接下來將簡要介紹各類運算符及它們的用法。

為了更好地理解各類運算符的作用，強烈建議在Python的命令行解釋器中輸入以下范例中的表達式內容，并觀察輸出結果。例如，要想測試表達式2+3，可以在交互式Python解釋器的提示符后輸入如下代碼。

>>> 2 + 3 
5 
>>> 3 * 5 
15 
>>> 

下面是Python語言支持的運算符。

（1）+（加號）：兩個對象相加。

例如，3+5輸出8，'a'+'b'輸出'ab'。

（2）-（減號）

從一個數中減去另一個數，如果第一個操作數不存在，則假定為零。

例如，-5.2將輸出一個負數，50-24輸出26。

（3）*（乘號）

給出兩個數的乘積，或返回字符串重復指定次數后的結果。

例如，2*3輸出6，'la'*3輸出'lalala'。

（4）**（乘方，冪運算）

返回x的y次方。

例如，3**4輸出81（即3*3*3*3）。

（5）/（除號，結果為實數）

x除以y

例如，13/3輸出4.333333333333333。

（6）//（整除，結果為整數）

x除以y并對結果向下取整至最接近的整數。

例如，13//3輸出4，-13//3輸出-5。

（7）%（取模，求余數的運算）

%返回除法運算后的余數。

例如，13%3輸出1，-25.5%2.25輸出1.5。

（8）<<（按位左移）

<<將數字的位向左移動指定的位數（每個數字在內存中以二進制數表示，即0和1）。

例如，2<<2輸出8，2用二進制數表示為10。向左移2位會得到1000這一結果，表示十進制中的8。

（9）>>（按位右移）

>>將數字的位向右移動指定的位數。

例如，11>>1輸出5。11在二進制中表示為1011，右移一位后輸出101這一結果，表示十進制中的5。

（10）&（按位與）

&對數字進行按位與操作。

例如，5&3輸出1。按位與是針對二進制數的操作，是指比較兩個二進制數的每一位，如果兩個相應的二進位都為1，則此位為1，否則為0。在本例中，5的二進制表達為101，3的二進制表達為11（為補全位數進行按位操作寫作011），則按位與操作后的結果為001，對應的十進制數為1。

（11）|（按位或）

|對數字進行按位或操作。

例如，5|3輸出7。按位或是針對二進制數的操作，是指比較兩個二進制數的每一位，如果兩個相應的二進位有一個為1，則此位為1，否則為0。在本例中，101與011進行按位或操作后的結果為111，對應的十進制數為7。

（12）^（按位異或）

^對數字進行按位異或操作。

例如，5^3輸出6。按位異或是針對二進制數的操作，是指比較兩個二進制數的每一位，如果兩個相應的二進位不同，則此位為1，相同為0。在本例中，101與011進行按位異或操作的結果為110，對應的十進制數為6。

（13）～（按位取反）

～表示x的按位取反結果為-(x+1)。

例如，～5輸出-6。按位取反也稱作“按位取非”“求非”或“取反”，沈潔元譯本譯作“按位翻轉”，是針對二進制數的操作，是指對兩個二進制數的每一二進位都進行取反操作，0換成1，1換成0。受篇幅與學識所限，本例具體原理不在此處贅述，讀者只需按照給出的公式記憶即可。

（14）<（小于）

<返回x是否小于y。所有比較運算符的返回結果均為True或False。請注意這些名稱中的大寫字母。

例如，5<3輸出False，3<6輸出True。

比較可以任意組成鏈接，例如，3<5<7返回True。

（15）>（大于）

>返回x是否大于y。

例如，5>3返回True。如果兩個操作數均為數字，它們首先將會被轉換至一種共同的類型，否則它將總是返回False。

（16）<=（小于等于）

<=返回x是否小于或等于y。

例如，x=3;y=6;x<=y返回True。

（17）>=（大于等于）

>=返回x是否大于或等于y。

例如，x=4;y=3;x>=3返回True。

（18）==（等于）

==比較兩個對象是否相等。例如：

x=2;y=2;x==y返回True。

x='str';y='stR';x==y返回False。

x='str';y='str';x==y返回True。

（19）!=（不等于）

!=比較兩個對象是否不相等。

x=2;y=3;x!=y返回True。

（20）not（邏輯“非”）

not表示如果x是Ture，則返回False；如果x是False，則返回True。

例如，x=Ture;not x返回False。

（21）and（邏輯“與”）

and表示如果x是False，則x and y返回False，否則返回y的計算值。

例如，當x是False時，x=False;y=True;x and y將返回False。在這一情境中，Python將不會計算y，因為它已經了解and表達式的左側是False，這意味著整個表達式都將是False而不會是別的值。這種情況稱作短路計算（Short-circuit Evaluation）。

（22）or（邏輯“或”）

or表示如果x是True，則返回True，否則返回y的計算值。

例如，x=Ture;y=False;x or y將返回Ture。在這里短路計算同樣適用。

2.3.2 運算符的優先級

如果有一個諸如2+3*4的表達式，是優先完成加法運算還是優先完成乘法運算呢？基礎數學知識會告訴我們應該先完成乘法運算。這意味著乘法運算符的優先級要高于加法運算符。

下面給出Python中從最低優先級到最高優先級的優先級列表。這意味著，在給定的表達式中，Python將優先計算列表中位置靠后的那些優先級較高的運算符與表達式。

為了保持完整，本書從Python參考手冊中引用了表2-2中的內容。在日常工作中，強烈建議使用圓括號操作符來對運算符與操作數進行分組，以更加明確地指定優先級，這也能使程序更加可讀。

到目前為止，表2-2中還沒有遇到的運算符將會在后面的章節中解釋。

在表2-2中位列同一行的運算符具有相同優先級。例如，+和-具有相同的優先級。

2.3.3 改變運算順序

為了使表達式更加易讀，可以使用括號。例如，2+(3*4)要比2+3*4更加容易理解，因為后者還要求了解運算符的優先級。當然使用括號同樣也要適度（而不要過度），同時亦應不要像(2+(3*4))這般冗余。

使用括號還有一個額外的優點——它能幫助我們改變運算的順序。例如，如果希望在表達式中計算乘法之前先計算加法，那么可以將表達式寫作(2+3)*4。

2.3.4 表達式

表達式（Expressions）簡單來說就是一個算式，它將常量、運算符、括號、變量等以能求得結果的有意義內容組合一起，可以用以下程序來理解表達式的作用。

# 例 2.2 利用表達式求解算式的結果 
length = 5 
breadth = 2 
area = length * breadth 
print('Area is', area) 
print('Perimeter is', 2 * (length + breadth)) 

輸出：

Area is 10 
Perimeter is 14 

矩形的長度（Length）與寬度（Breadth）存儲在以各自名稱命名的變量中。在程序中可以使用它們并借助表達式來計算矩形的面積（Area）與周長（Perimeter）。接著，將表達式length*breadth的結果存儲在變量area中并將其通過使用print函數打印出來。在程序的最后一條語句中，程序直接在print函數中使用了表達式2*(length+breadth)的值。

同時，需要注意到Python是如何漂亮地打印出輸出結果的。盡管我們沒有特別地在Area is和變量area之間指定空格，但Python會自動補充，因此程序運行后就能得到整潔的輸出結果，同時程序也因為這樣的處理方式而變得更加易讀。這便是Python讓程序員的工作變得更加便捷美好的一個范例。

2.3.5 eval()函數

如果將一個表達式放在了一串字符中，例如：

>>>exp="100/2*3" 

那么如何才能讓Python求出這個字符串中的表達式的值呢？這里推薦一個非常神奇的函數——eval()函數，它的功能就是計算一串字符串中的合法Python表達式的值，比如在上述語句之后，繼續輸入以下語句。

>>>eval(exp) 

執行上述程序后，將會在屏幕上得到這串字符中算式的值，即：

150.0