python-操作符相关介绍（一）

    软件的过程就是数据处理的过程，前面我们讲了python的各种类型的数字，并没有去说操作符，我一直在想是讲完所有python的内置类型再去说这个问题，还是不用等到那么晚。思考再三，我觉得还是把python所遇到的操作符都说一遍，这种操作符很多人都耳熟能祥，但是温故而知新，相信再次的阅读能让你加深印象，初学者也可以通过本章的学习对操作符有一个深入的认知。

    说到操作符，我们不得不提到表达式，什么是表达式呢？很多人对表达式的理解并不是很深刻，这很正常，因为这两者本来在不同的语境下就会有点似是而非。如果排除语言本身的特点，我们可以认为表达式是处理数字最基本的单元，它是一个代码片段，可以返回一个值。说到这里，这和我们的操作符息息相关，我们都知道，我们执行一个操作，肯定是要得到一个返回值的。当然说到这里，并不是说表达式里面必含操作符，其实一个单独的变量，常量也可以是表达式。看如下的代码：

a = 5
b = a
c = "123"
d = abs(a)
e = a + b
a
"abcd"

如果说等号后面是表达式，我想大家都不会觉得惊讶，因为表达式就是返回一个值。和表达式相对另外一个概念是语句，语句一般认为是大部分包含了表达式，就是可以独立运行的语言片段，表达式必须包含在语句中才行运行。但是细心的同学会发现一个奇怪的现象，最后一行代码只有一个字符串常量，上面说一个常量也是一个表达式，但是现在这个"abcd"单独一行，如果你运行它的话，不会出错。如果是C语言中，这种肯定会出错。为什么呢？因为C认为这个是表达式，而不是语句，但是python不这么认为，python模糊了表达式和语句的界限，有些看似是表达式，也是语句。虽然直接写"abcd"单独一行没什么实际意义，但是却不会出错。

    总的来讲表达式返回一个值，但是语句一般不会，但是对于python来讲，它模糊了语句和表达式的概念，很多既是语句又是表达式。刚才说了语句一般包含了表达式，那肯定也有例外的情况，对python来讲，pass，break，continue，这种单独的关键字就是一个语句，是不包含表达式的。

    通过上面的讲述，如果你还是不能完全明白，这也没关系，我们只知道表达式肯定会返回值就行了，尤其是对python来讲，语句和表达式界限模糊，这并不影响你书写代码。好了，接下来我们来谈操作符。

1，加法（+）和减法（-）

    这两个操作符一般用于数字的计算，但是也用于集合，字符串。看下面的代码：

a = 1 + 3
b = 1. +3
c = 1 - 3
d = 1.0 - 3
e = "abc" + "ef"
f = {1,2,3} - {1}
print("a = {},b = {},c = {},d = {}, \
e = {},f = {}".format(a,b,c,d,e,f))


结果：a = 4,b = 4.0,c = -2,d = -2.0, e = abcef,f = {2, 3}

有一点需要说明，当整数和浮点数相遇，都需要转换成浮点数，然后再计算。对于字符串，只支持相加的操作，对于集合，只支持相减的操作，也就是集合的交集。我们发现+，- 可以用在不同的对象上，这就是操作符的重载，虽然我们觉得这个理所当然，但是这其实都是语言背后的实现，回头专门讲操作符的重载。同时还有一点，字符串不能和其他类型相加，例如a = "123" + 1这个是非法的，但在java中是可以的。

2，乘法/重复（*），除法（/），floor 除法（//），余数/格式化（%），看下下面的代码：

a = 2 * 3
b = 2.0 * 3
c = 4 / 2
d = 4 / 2.0
#e = "123" * 3.0
e = "123" * 3
f = 4 // 3
g = 4 // 3.0
h = 4 // -3
i = 4 % 3
j = 4 % -3.0

print("a = {},b = {},c = {},d = {}, \
e = {},f = {},g={}, h = {}, i = {}, \
j = {}".format(a, b, c, d, e, f, g, h, i, j))

‘’‘
结果：a = 6,b = 6.0,c = 2.0,d = 2.0, 
e = 123123123,f = 1,g=1.0, h = -2, i = 1, j = -2.0
’‘’

首先 a 和 b 的结果说明一个问题，整数和浮点数相乘，都会自动转换为浮点数。对于字符串的乘法，表示重复的次数，可以看e的表达式中的数字必须是整数，如果是浮点数会报错。c 和 d表示除法，看到结果都2.0，不论有没有浮点数，结果都是浮点数。这是因为python3.0对于除法都是真除法，python2.6的话，3/2 的结果是1 ，只有 3/2.0，才会是1.5，当然，现在估计也没有太多程序要用这么古老的版本，大家可以忽略了。

    f的值是1，g的结果是1.0，这个和上面讲的乘法一样，如果有浮点数，直接转换为浮点数在计算，因为floor除法的结果就是小于等于除法结果的最小整数，4/3的结果是1.3333，所以取整数是1，当然这个最小整数不太精确，因为当有浮点数的时候，结果就是1.0了。对于h结果是-2，因为小于等于-1.3333的整数是-2。

    i和j是模除或者取余数，i的结果是1，这个符合预期，对于4%-3，我可以用公式算一下，假设a是被除数，b是除数，r是余数，q是商，则 a = b*q +  r 则r = a-b*q

带入当前的参数则r = 4 - （-2 * -3 ）= -2，其中q=-2，这是为什么呢？4/-3的结果是-1.33333，他的整数部分肯定是比这个结果小的那个整数，然后我们才能有余数，所以我们取-2，如果是4/3，的结果是1.33333，比这个小的整数是1，所以套用公式，i的结果就是4-1*3=1。

floor和trunc

    math的这个模块里面提供了两个函数，其中floor和 //的的效果是一样的。例如math.floor(-2.8),结果是3，math.floor(2.8)结果是2，都是取小于当前数的最小整数，因为负数数字越大值越小，所以-2.8取值为-3。但是某些时候，我们可能只是想截断，就是直接去除小数部分，我们可以用math.trunc，math.trunc(-2.8)的结果是-2，它只是截断，同理，math.trunc(2.8)的结果是2。

百分号（%）不仅可以表示取余数，也可以用于字符串格式化。在python3.0之前，这个是字符串格式化的常用格式，我们看下代码：

print("%d" % 5)#5
print("%5d" % 5)#    5
print("%+5d" % 5)#   +5
print("%-5d" % 5)#5
print("%o" % 13)#15
print("%x" % 13)#d
print("%.2f" % 5)#5.00
print("%s" % "www")#www
print("a=%s,b=%d,c=%6f" % ("abc", 5, 7))#a=abc,b=5,c=7.000000

格式化的参数有很多，不需要都记住，记住最常用的就可以了，字符串里面通过%来定位格式化形式，例如%-5d，-号表示左对齐，5表示最小的宽度，d表示输出的是十进制整数，如果这个数没有5位，则在后面补空格，如果没有这个-号，那就是右对齐，在左边补空格，如果这个数，超过了5位，按照实际的宽度表示。d既然表示十进制整数，那必然也有8进制，用字母o表示，x表示16进制，对于浮点数用f，其中.2表示两位小数，你也可以在. 前面加上数字表示宽度。s表示打印字符串。 最后一行代码，可以一下格式化多个变量，其中后面的参数要用元组。 python的这个字符串格式化方式确实有点怪怪的，总感觉不伦不类，没有美感，所以在python3.0之后出现了一个format函数，它使用起来就变得比较符合正常的习惯了。有兴趣的可以自行查看format的用法。

3，逻辑与(and)或(or)非(not)

    不像Java或者C，python用and，or，not来表示与或非，java或者c用 &&，||，!来表示与或非。我猜想可能是为了和位运算区分。其中 X and y，如果X表达式为假，则Y不会被计算，结果为假，如果X为真，再去计算Y，如果Y为真，则结果为真，如果Y为假，结果为假。X or Y，如果X为真，则不去计算Y的值，直接结果为真，如果X为假，则计算Y的值，如果Y为真，则结果为真，如果Y为假则结果为假。not Y，如果Y为真，则结果为假，如果Y为假，则结果为真。看如下代码：

a = 3 > 2 and 4 < 2
b = 3 < 2 and 4 < 2
c = 3 > 2 or 3
d = 3 > 2 and 3
e = not 4
f = 1==True
print("a=%s,b=%s,c=%s,d=%s,e=%s" % (a, b, c, d, e))
#结果：a=False,b=False,c=True,d=3,e=False

对于a，因为是与，必须两边同时为真才是真，因为4<2是假，所以a的结果是False，对于b两边都为真，所以结果为True。c是逻辑或，一个为真便为真，因为3>2，所以直接返回，结果为True，但是对于d，需要两者都为真，我们发现d的的值是3，而不是True，这说明这个逻辑运算返回的是最后一个计算的表达式的值，而不是真或者假，所以这个和Java是不同的，java逻辑运算操作数必须是布尔类型的，java不能将1转化为true，但是f的结果是True，说明python中True的值就是1。最后说一下not 这个运算符如果后面的表达式为真，则结果为假，如果表达式为假，则结果真。对于e，python延续了C的bool类型的处理方式，非0的数皆为真。所以4为真，not 4 结果就是假的False。这个和 and or 稍稍不同，因为and or返回最后一个计算的表达式的值，而且not是对这个值转化为bool的值取反再返回。

4，位运算： 位或集合并集（｜），位与，集合交集（&），位异或（^）

位运算用的不是很经常，但是如果你需要一个整数同时保存多个状态的话，那么位运算是一个好方法。前面我们学过数字计算机的内存表示，我们用每个位代表一种状态的开关，例如我们有四个状态，这四个状态不是互斥的，可以并存，用1表示有这种状态，用0表示没这种状态。例如我们有四个技能，分别是琴棋书画，一个人可以拥有0个或者多个这种技能，我们用四位来表示这个技能，例如0001，表示这个人有绘画的技能，0010，表示这个人有书法技能，0100表示这个人有下棋的技能，1000表示这个人有弹琴技能。

所以一个人如果没有一个技能的话，那么四个位全是0，值就是0，如果这个人满技能四个位全是1111，值就是15，我们可以用琴棋书画当掩码，和这个人的技能取位与，取完之后，如果这个数不为0或者是等于这个掩码，我们就说这个人有这个技能。因为很多人可能没有接触过C，所以对于位运算比较陌生，所以这里我们介绍的详细点，请看下面的代码：

a = 0b1000 #琴，也可以写成a=8
b = 0b0100 #棋，也可以写成b=4
c = 0b0010 #书，也可以写成c=2
d = 0b0001 #画，也可以西城d=1


def get_skills(skills):
    #记录skill
    num = ""
    print("参数值：{}".format(bin(skills)))
    if skills & a == a: #这个条件也可以写成skills & a != 0
        num = num + "琴"
    if skills & b == b:
        num = num + "棋"
    if skills & c == c:
        num = num + "书"
    if skills & d == d:
        num = num + "画"
    if len(num) == 0:
        print("have no skill \n")
    else:
        print("have the skill:%s\n" % num)

get_skills(0b1010)
#结果：参数值：0b1010 
#    have the skill:琴书
get_skills(15)
#结果：参数值：0b1111
#     have the skill:琴棋书画
get_skills(0)
#结果：参数值：0b0
#     have no skill 

代码我们定义了abcd四个变量分别代表琴棋书画，来判断有没有该技能，就是用该技能的掩码与这个技能变量取按位与，例如a是1000，输入是1010，那么对应的每位取与，从左到右，a的第一位是1，技能变量skills的第一位是1，所以1&1是1，这就算出了第一位的值，然后a的第二位是0，skills的第二位是0，那么0&0是0，所以算出了第二位是0，a的第三位是0，skills的第三位是1，0&1是0，所以算出第三位是0，a的第四位是0，skills的第四位是0，0&0结果是0，所以最后结果是1000，这个值就是a本身，所以与a取与后还是a，我们就判断出有这个技能。这是继续与b按位取与，同样的过程，算出结果是0000，所以不存在这个棋的技能，然后继续与c按位取与，得出结果是0010，所以存在这个书的技能，最后与d按位取与，得到0000，所以不存在画这个技能。

其实0b1010这种书写形式，值是为了方便看位，我们也可以输入十进制10，内存表示一样的都是1010，如果对二进制表示有疑惑，建议翻看我之前的这篇文章pyhon-整数以及内存表示方式。

通过上面的代码，我们知道了按位与的用法，然后按位或（｜），就是对应的两个位有一个为1的话，这个位的或值位1，否则为0，异或（^）就是对应的两个位不同，则值为1，否则位0。请看下面的代码片段：

a = 0b1000 | 0b0001
b = 0b1001 ^ 0b1000

print("a={},b={}".format( bin(a), bin(b)))

#结果：a=0b1001,b=0b1

输出的b是0xb1,因为高位是都是0，所这么打印了，等于0b0001，大家可以自己心里过于边算法，加深记忆。

之前讲减法的时候，两个集合可以减，取交集，但是却不能相加。现在｜和 &可以完成集合的并集和交集。看下面代码片段：

a = {1, 2, 3, 4}
b = {4, 5, 6}

print("a | b={},a & b={}, a ^ b ={}".format(a | b, a & b, a ^ b))

#结果：a | b={1, 2, 3, 4, 5, 6},a & b={4}, a ^ b ={1, 2, 3, 5, 6}

a ｜ b，这是将两个集合合并，生成了一个新的集合{1, 2, 3, 4, 5, 6}，包含了a和b的所有元素。a &  b，取这两个集合的共有元素，只有元素4，所以结果是生成了一个新的结合{4}，a ^ b 就是取这两个集合的非共同元素，所以就是除了4以外的所有元素，结果是生成新集合{1, 2, 3, 5, 6}。

好了，操作符的第一部分就讲完了，欢迎大家给我留言反馈。