Python 运算符

运算符是Python中最基础、最常用的组成部分之一，它们允许我们执行各种计算和操作。从简单的数学计算到复杂的逻辑判断，运算符在编程中无处不在。本教程将全面介绍Python中的各种运算符，帮助你掌握这一基础知识。

什么是运算符？

运算符是执行特定操作并返回结果的特殊符号。例如，加号(+)是一个运算符，它将两个数相加。运算符可以操作不同类型的数据，如数字、字符串、列表等。

Python 中的运算符类型

Python提供了多种类型的运算符，我们将逐一介绍：

1. 算术运算符

算术运算符用于执行基本的数学运算。

运算符	描述	示例
+	加法	a + b
-	减法	a - b
*	乘法	a * b
/	除法	a / b
%	取模（返回除法的余数）	a % b
**	幂运算	a ** b
//	整除（返回商的整数部分）	a // b

让我们通过代码示例来理解这些运算符：

# 基本算术运算符
a = 10
b = 3

print(f"加法: {a} + {b} = {a + b}")        # 输出: 加法: 10 + 3 = 13
print(f"减法: {a} - {b} = {a - b}")        # 输出: 减法: 10 - 3 = 7
print(f"乘法: {a} * {b} = {a * b}")        # 输出: 乘法: 10 * 3 = 30
print(f"除法: {a} / {b} = {a / b}")        # 输出: 除法: 10 / 3 = 3.3333333333333335
print(f"取模: {a} % {b} = {a % b}")        # 输出: 取模: 10 % 3 = 1
print(f"幂运算: {a} ** {b} = {a ** b}")    # 输出: 幂运算: 10 ** 3 = 1000
print(f"整除: {a} // {b} = {a // b}")      # 输出: 整除: 10 // 3 = 3

提示

整除(//)运算符在处理大数据或需要向下取整的情况下非常有用。与常规除法不同，它总是返回一个整数。

2. 比较运算符

比较运算符用于比较两个值，并返回一个布尔值（True或False）。

运算符	描述	示例
==	等于	a == b
!=	不等于	a != b
>	大于	a > b
<	小于	a < b
>=	大于或等于	a >= b
<=	小于或等于	a <= b

代码示例：

# 比较运算符
a = 10
b = 5

print(f"{a} == {b} 的结果是: {a == b}")  # 输出: 10 == 5 的结果是: False
print(f"{a} != {b} 的结果是: {a != b}")  # 输出: 10 != 5 的结果是: True
print(f"{a} > {b} 的结果是: {a > b}")    # 输出: 10 > 5 的结果是: True
print(f"{a} < {b} 的结果是: {a < b}")    # 输出: 10 < 5 的结果是: False
print(f"{a} >= {b} 的结果是: {a >= b}")  # 输出: 10 >= 5 的结果是: True
print(f"{a} <= {b} 的结果是: {a <= b}")  # 输出: 10 <= 5 的结果是: False

3. 逻辑运算符

逻辑运算符用于组合条件语句。

运算符	描述	示例
and	如果两个操作数都为True，则返回True	a and b
or	如果任一操作数为True，则返回True	a or b
not	反转操作数的逻辑状态	not a

代码示例：

# 逻辑运算符
x = True
y = False

print(f"{x} and {y} 的结果是: {x and y}")  # 输出: True and False 的结果是: False
print(f"{x} or {y} 的结果是: {x or y}")    # 输出: True or False 的结果是: True
print(f"not {x} 的结果是: {not x}")        # 输出: not True 的结果是: False
print(f"not {y} 的结果是: {not y}")        # 输出: not False 的结果是: True

短路求值

Python中的逻辑运算符使用"短路求值"。这意味着，如果第一个操作数已经足够确定最终结果，Python不会评估第二个操作数。例如，在False and X中，无论X是什么，结果都是False，因此Python不会评估X。

4. 赋值运算符

赋值运算符用于为变量赋值。

运算符	描述	示例
=	简单赋值	a = b
+=	加法赋值	a += b 等同于 a = a + b
-=	减法赋值	a -= b 等同于 a = a - b
*=	乘法赋值	a *= b 等同于 a = a * b
/=	除法赋值	a /= b 等同于 a = a / b
%=	取模赋值	a %= b 等同于 a = a % b
**=	幂赋值	a **= b 等同于 a = a ** b
//=	整除赋值	a //= b 等同于 a = a // b

代码示例：

# 赋值运算符
a = 10

# 增加5
a += 5
print(f"a += 5 后的结果是: {a}")  # 输出: a += 5 后的结果是: 15

# 减去3
a -= 3
print(f"a -= 3 后的结果是: {a}")  # 输出: a -= 3 后的结果是: 12

# 乘以2
a *= 2
print(f"a *= 2 后的结果是: {a}")  # 输出: a *= 2 后的结果是: 24

# 除以4
a /= 4
print(f"a /= 4 后的结果是: {a}")  # 输出: a /= 4 后的结果是: 6.0

5. 位运算符

位运算符作用于整数的二进制表示。

运算符	描述	示例
&	按位与	a & b
|	按位或	a | b
^	按位异或	a ^ b
~	按位非/取反	~a
<<	左移	a << n
>>	右移	a >> n

代码示例：

# 位运算符
a = 60  # 60 = 0011 1100 (二进制)
b = 13  # 13 = 0000 1101 (二进制)

print(f"a & b = {a & b}")    # 输出: a & b = 12 (0000 1100)
print(f"a | b = {a | b}")    # 输出: a | b = 61 (0011 1101)
print(f"a ^ b = {a ^ b}")    # 输出: a ^ b = 49 (0011 0001)
print(f"~a = {~a}")          # 输出: ~a = -61 (1100 0011，取负数形式)
print(f"a << 2 = {a << 2}")  # 输出: a << 2 = 240 (1111 0000)
print(f"a >> 2 = {a >> 2}")  # 输出: a >> 2 = 15 (0000 1111)

注意

位运算符主要用于需要直接操作二进制位的高级应用，如密码学、图像处理等。对于大多数日常编程任务，你可能不会频繁使用它们。

6. 成员运算符

成员运算符用于测试序列是否包含特定值。

运算符	描述	示例
in	如果在指定序列中找到值，则返回True	a in b
not in	如果在指定序列中未找到值，则返回True	a not in b

代码示例：

# 成员运算符
fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

print(f"'banana' in fruits: {'banana' in fruits}")               # 输出: 'banana' in fruits: True
print(f"'orange' in fruits: {'orange' in fruits}")               # 输出: 'orange' in fruits: False
print(f"'orange' not in fruits: {'orange' not in fruits}")       # 输出: 'orange' not in fruits: True

# 字符串也是序列
word = "Python"
print(f"'P' in word: {'P' in word}")                             # 输出: 'P' in word: True
print(f"'z' in word: {'z' in word}")                             # 输出: 'z' in word: False

7. 身份运算符

身份运算符用于比较对象的内存地址。

运算符	描述	示例
is	如果两个变量引用同一对象，则返回True	a is b
is not	如果两个变量引用不同对象，则返回True	a is not b

代码示例：

# 身份运算符
a = [1, 2, 3]
b = [1, 2, 3]
c = a

print(f"a is b: {a is b}")        # 输出: a is b: False (a和b是不同的对象，尽管它们的内容相同)
print(f"a is c: {a is c}")        # 输出: a is c: True (c是a的引用)
print(f"a == b: {a == b}")        # 输出: a == b: True (a和b的内容相同)
print(f"a is not b: {a is not b}") # 输出: a is not b: True

重要

不要混淆==和is运算符。==比较两个对象的值是否相等，而is检查它们是否是同一个对象（相同的内存地址）。

运算符优先级

当表达式中包含多个运算符时，Python按照特定的优先级规则执行操作。以下是Python运算符的优先级（从高到低）：

1. ()：括号
2. **：幂运算
3. ~, +, -：按位非，正号，负号（一元运算符）
4. *, /, //, %：乘，除，整除，取模
5. +, -：加，减
6. <<, >>：左移，右移
7. &：按位与
8. ^：按位异或
9. |：按位或
10. ==, !=, >, >=, <, <=, is, is not, in, not in：比较，身份，成员运算符
11. not：逻辑非
12. and：逻辑与
13. or：逻辑或

代码示例：

# 运算符优先级
result = 2 + 3 * 4
print(f"2 + 3 * 4 = {result}")  # 输出: 2 + 3 * 4 = 14 (乘法优先级高于加法)

# 使用括号可以改变优先级
result = (2 + 3) * 4
print(f"(2 + 3) * 4 = {result}")  # 输出: (2 + 3) * 4 = 20

实际应用案例

案例1：简单计算器

# 简单计算器
def calculator():
    print("简单计算器")
    print("支持的操作: +, -, *, /")
    
    num1 = float(input("输入第一个数字: "))
    operator = input("输入运算符 (+, -, *, /): ")
    num2 = float(input("输入第二个数字: "))
    
    if operator == '+':
        result = num1 + num2
    elif operator == '-':
        result = num1 - num2
    elif operator == '*':
        result = num1 * num2
    elif operator == '/':
        if num2 == 0:
            return "错误：除数不能为零"
        result = num1 / num2
    else:
        return "不支持的运算符"
    
    return f"{num1} {operator} {num2} = {result}"

# 调用函数
print(calculator())

案例2：成绩判断

# 成绩判断系统
def grade_evaluator():
    score = float(input("请输入你的分数 (0-100): "))
    
    if score >= 90 and score <= 100:
        grade = "A"
        message = "优秀！继续保持！"
    elif score >= 80 and score < 90:
        grade = "B"
        message = "很好！还有提升空间。"
    elif score >= 70 and score < 80:
        grade = "C"
        message = "良好。需要更加努力。"
    elif score >= 60 and score < 70:
        grade = "D"
        message = "及格。需要加倍努力。"
    elif score >= 0 and score < 60:
        grade = "F"
        message = "不及格。建议复习并重考。"
    else:
        return "分数无效！必须在0-100范围内。"
    
    return f"你的成绩是: {grade}\n{message}"

# 调用函数
print(grade_evaluator())

案例3：数据过滤

# 数据过滤
def filter_data():
    numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
    
    # 使用比较和逻辑运算符过滤数据
    even_numbers = [num for num in numbers if num % 2 == 0]
    odd_numbers = [num for num in numbers if num % 2 != 0]
    
    # 使用算术和比较运算符找出大于平均值的数字
    average = sum(numbers) / len(numbers)
    above_average = [num for num in numbers if num > average]
    
    return (f"原始数据: {numbers}\n"
            f"偶数: {even_numbers}\n"
            f"奇数: {odd_numbers}\n"
            f"平均值: {average}\n"
            f"高于平均值的数字: {above_average}")

# 调用函数
print(filter_data())

总结

运算符是Python编程的基础构建块之一，它们使我们能够执行各种操作，从简单的数学计算到复杂的逻辑判断。本教程涵盖了Python中的主要运算符类型：

• 算术运算符：执行数学计算
• 比较运算符：比较值并返回布尔结果
• 逻辑运算符：组合条件表达式
• 赋值运算符：为变量赋值
• 位运算符：操作二进制位
• 成员运算符：检查序列成员资格
• 身份运算符：比较对象标识

了解这些运算符及其优先级对于编写高效且无错误的代码至关重要。随着你编程经验的增长，你会发现这些运算符在各种场景中的强大应用。

练习

为了巩固你的知识，尝试以下练习：

1. 编写一个程序，计算圆的面积和周长（提示：使用3.14或math.pi作为π值）。
2. 创建一个简单的温度转换器，可以在摄氏度和华氏度之间转换。
3. 编写一个程序，检查输入的年份是否为闰年（提示：闰年可以被4整除，但如果能被100整除，则还必须能被400整除）。
4. 创建一个购物清单管理器，允许用户添加、删除和查看商品。

附加资源

• Python官方文档 - 运算符
• Python的位运算符详解
• Python运算符练习题

Happy coding!