導讀：運算這一概念起源于數學，即通過運算法使參與運算的元素得出確定且可重復的結果。作為計算機的核心功能，運算架構起計算機系統的邏輯體系。計算機運算并不局限于普通的數學計算，它更貼近于“邏輯推算”這一概念，其根本目的就是實現邏輯推算。

運算符是運算法則的具體體現。Python提供了算術運算符、賦值運算符、比較運算符、邏輯運算符、位運算符、身份運算符和成員運算符7類運算符，從而實現了豐富多樣的運算功能。

[[278582]]

01 算術運算符

算術運算符是對運算數進行算術運算的一系列符號，能夠滿足一般的運算需求。Python中的算術運算符如下所示。

•  +：加，兩個對象相加
•  -：減，得到負數或一個數減去另一個數
•  *：乘，兩個數相乘或返回一個被重復若干次的字符串
•  /：除，x除以y
•  %：取模，返回除法的余數
•  **：冪，返回x的y次冪
•  //：取整除，返回商的整數部分

算術運算結果的數字類型與運算數的類型有關。進行除法（/）運算時，不管商為整數還是浮點數，運算結果始終為浮點數。要得到整型的商，需要用雙斜杠（//）做整除，且除數必須是整型的。對于其他的運算，只要任一運算數為浮點數，運算結果就是浮點數。Python算術運算的基礎使用方法如下所示。 

num_int = 4  
num_float = 4.0  
print('整數與浮點數的和為：', num_int + num_float)      
#Out[1]: 整數與浮點數的和為：8.0      
print('整數與浮點數的差為：', num_int - num_float)  
#Out[2]: 整數與浮點數的差為： 0.0      
print('整數與浮點數的積為：', num_int * num_float)  
#Out[3]: 整數與浮點數的積為：16.0      
print('浮點數與整數的商為：', num_float / num_int)  
#Out[4]: 浮點數與整數的商為：1.0      
print('浮點數對整數取模結果為：', num_float % num_int)  
#Out[5]: 浮點數對整數取模結果為： 0.0    
print('浮點數的整數次冪為：', num_float ** num_int)  
#Out[6]: 浮點數的整數次冪為：256.0   

02 賦值運算符

賦值運算符用于變量的賦值和更新。Python的賦值運算符除基礎賦值運算符（=）外，還包括加法賦值運算符、減法賦值運算符等。嚴格地說，除基礎賦值運算符外，其他都屬于特殊的賦值運算符。Python中的賦值運算符如下所示。

•  =：賦值運算
•  +=：加法賦值運算
•  -=：減法賦值運算
•  *=：乘法賦值運算
•  /=：除法賦值運算
•  %=：取模賦值運算
•  **=：冪賦值運算
•  //=：取整除賦值運算

表2-2中的特殊賦值運算符可以看作變量的快速更新，更新意味著該變量是存在的，而對于一個之前不存在的變量，不能使用特殊的賦值運算符。Python賦值運算的基礎使用方法如下所示。 

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

03 比較運算符

比較運算符用于對比數之間的大小或是否相等。Python中的比較運算符如下所示。

•  ==：表示等于，比較對象是否相等
•  !=：表示不等于，比較兩個對象是否不等
•  >：表示大于，返回x是否大于y
•  <：表示小于，返回x是否小于y。所有比較運算符返回1表示真，返回0表示假。這分別與特殊的變量True和False等價。注意，這些變量名的首字母大寫
•  >=：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

比較運算符也可用于字符之間的比較。Python中的字符使用ASCII編碼，每個字符都有屬于自己的ASCII碼，字符比較的本質是字符ASCII碼的比較。Python比較運算的基礎使用方法如下所示。 

num_int = 4  
num_float = 4.0  
print('num_int與num_float是否相等：', num_int == num_float)  
#Out[13]: num_int與num_float是否相等：True  
print('num_int與num_float是否不相等：', num_int != num_float)  
#Out[14]: num_int與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 邏輯運算符

邏輯運算即判斷事物之間的“與”“或”“非”關系，Python中的邏輯運算符包含and、or、not，如下所示。

•  and，x and y：表示與，x為False時，“x and y”返回False，否則返回y的計算值
•  or，x or y：表示或，x為True時，“x or y”返回x的值，否則返回y的計算值
•  not，not x：表示非，x為True時，“not x”返回False，否則返回True

Python邏輯運算的基礎使用方法如下所示。 

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

05 按位運算符

十進制數被人們廣泛使用，但對于計算機而言，二進制數反而是更重要的，計算機的一切計算都建立在二進制數計算的基礎上。按位運算是一種將十進制數轉為二進制數再進行運算的過程。Python中的位運算符如下所示。

•  &：表示按位與，參與運算的兩個值相應位都為1，則該位的結果為1，否則為0
•  |：表示按位或，只要對應的兩個二進制位有一個為1，結果位就為1
•  ^：表示按位異或，當兩個對應的二進制位相異時，結果為1
•  ~：表示按位取反，對每個二進制位取反，把1變為0，把0變為1。~x類似于-x-1
•  <<：表示左移，二進制位左移，由“<<”右邊的數指定移動位數，高位丟棄，低位補0
•  >>：表示右移，“>>”左邊運算數的二進制位全部右移，“>>”右邊的數指定移動的位數

Python按位運算的基礎使用方法如下所示。 

num_int1 = 15  # 15 = 00001111  
num_int2 = 23  # 23 = 00010111  
# 按位與，num_int1 & num_int2 = 00000111  
print('num_int1按位與num_int2結果為：', num_int1 & num_int2) 
#Out[22]: num_int1按位與num_int2結果為：7  
# 按位或，num_int1 | num_int2 = 00011111  
print('num_int1按位或num_int2結果為：', num_int1 | num_int2)  
#Out[23]: num_int1按位或num_int2結果為：31      
# 按位異或，num_int1 ^ num_int2 = 00011000  
print('num_int1按位異或num_int2結果為：', num_int1 ^ num_int2)  
#Out[24]: num_int1按位異或num_int2結果為：24  
# 按位取反，~ num_int1 = 11110000  
print('num_int1按位取反結果為：', ~ num_int1)  
#Out[25]: num_int1按位取反結果為： -16  
# 左移動兩位，num_int1 << 22 = 00111100  
print('num_int1左移動兩位結果為：', num_int1 << 2)  
#Out[26]: num_int1左移動兩位結果為：60  
# 右移動兩位，num_int1 >> 2 = 00000011  
print('num_int1右移動兩位結果為：', num_int1 >> 2)  
#Out[27]: num_int1右移動兩位結果為：3 

在按位運算中，取反運算較難理解，因為涉及補碼的計算。

十進制數的二進制原碼包括符號位和二進制值。以“60”為例，其二進制原碼為“00111100”，第1位為符號位，0代表正數，1則代表負數。正數的補碼與二進制原碼相同，負數的補碼則為二進制原碼符號位保持不變，其余各位取反后再在最后一位上加1。

取反操作可以總結為以下5個步驟。

1.  取十進制數的二進制原碼。
2.  對原碼取補碼。
3.  補碼取反（得到最終結果的補碼）。
4.  取反結果再取補碼（得到最終結果的原碼）。
5.  二進制原碼轉十進制數。

06 身份運算符

身份運算符用于比較兩個對象的儲存單位，如下所示。

•  is：is用于判斷兩個對象的儲存單位是否相同
•  is not：is not用于判斷兩個對象的儲存單位是否不同

Python身份運算的基礎使用方法如下所示。 

num_int1 = 15  
num_int3 = 15  
print('num_int1與num_int3儲存單位是否相同：', num_int1 is num_int3)  
#Out[28]: num_int1與num_int3儲存單位是否相同：True 
num_int2 = 15.0  
print('num_int1與num_int2儲存單位是否相同：', num_int1 is num_int2)  
#Out[29]: num_int1與num_int2儲存單位是否相同：False  
# 如果儲存單位相同就返回True，否則返回False  
print('num_int1與num_int3儲存單位是否不同：', num_int1 is not num_int3)  
#Out[30]: num_int1與num_int3儲存單位是否不同：False  
print('num_int1與num_int2儲存單位是否不同：', num_int1 is not num_int2)  
#Out[31]: num_int1與num_int2儲存單位是否不同：True 

在身份運算中，內存地址相同的兩個變量進行is運算時，返回True；內存地址不同的兩個變量進行is not運算時，返回True。當a、b獲取到一樣的值時，兩個變量就獲取同樣的內存地址。

07 成員運算符

成員運算符的作用是判斷某個指定值是否存在某一序列中，包括字符串、列表和元組，如下所示。

•  in：如果在指定序列中找到指定值，返回True，否則返回False
•  not in：如果在指定序列中沒找到指定值，返回True，否則返回False

Python成員運算的基礎使用方法如下所示。

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 運算符優先級

在Python中，運算符操作很常見，運算通常以表達式的形式進行。表達式由運算符和運算數組成，比如“1＋2”就是一個表達式，其中的“＋”是運算符，“1”和“2”則是運算數。一個表達式往往包含不止一個運算符，當一個表達式中存在多個運算符時，就需要考慮運算的順序，即運算符的優先級。

運算符的優先級如下所示，優先級從上往下依次降低，同一優先級的運算符按從左到右的順序進行運算。

1.  **：指數（最高優先級）
2.  ~ + -：按位翻轉，一元加號和減號（最后兩個的方法名為+@和-@）
3.  * / % //：乘、除、取模和取整除
4.  + -：加法、減法
5.  >> <<：右移、左移運算符
6.  &：位“AND”
7.  ^ |：位運算符
8.  <= < > >=：比較運算符
9.  <> == !=：等于運算符
10.  = %= /= //= -= += *= **=：賦值運算符
11.  is is not：身份運算符
12.  in not in：成員運算符
13.  and or not：邏輯運算符

運算符優先級的基礎使用方法如下所示。 

# 先執行乘除法運算，再執行加減法運算  
print('num_float + num_int1 / num_int3 =', num_float + num_int1 / num_int3)  
#Out[34]: num_float + num_int1 / num_int3 = 5.0  
# 先執行加減法運算，再執行比較運算  
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  
# 先執行加減法運算，再做身份判斷  
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  
# 先執行指數運算，再執行減法運算，最后做身份判斷  
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