2.3 运算符与表达式
在程序中，表达式是用来计算求值的，它是由运算符（操作符）和运算数（操作数）组成的式子。运算符是表示进行某种运算的符号；运算数包含常量、变量和函数等。例如，表达式4+5，在这里4和5称为操作数，“+”称为运算符。
下面分别对Python中的运算符和表达式进行介绍。
2.3.1 运算符
Python语言支持的运算符有以下几种类型：算术运算符、比较（即关系）运算符、逻辑运算符、赋值运算符、位运算符、成员运算符、标识运算符。
1.算术运算符
算术运算符用于实现数学运算，如表2-5所示。假设其中变量a=10，变量b=20。
表2-5 算术运算符
注意：
（1）Python语言算术表达式的乘号（*）不能省略。例如，数学表达式b2-4ac相应的程序表达式应该写成：b*b-4*a*c。
（2）Python语言表达式中只能出现字符集允许的字符。例如，数学表达πr2相应的程序表达式应该写成：math.pi*r*r（其中，math.pi是Python已经定义的模块变量）。
例如：
结果为3.141592653589793。
（3）Python语言算术表达式只使用圆括号改变运算的优先顺序（不能使用{}或[]）。可以使用多层圆括号，此时左右括号必须配对，运算时从内层括号开始，由内向外依次计算表达式的值。
2.关系运算符
关系运算符用于两个值进行比较，运算结果为True（真）或False（假）。Python中的关系运算符如表2-6所示。假设变量a=10，变量b=20。
表2-6 关系运算符
关系运算符的优先级低于算术运算符。
例如：
3.逻辑运算符
Python中提供了3种逻辑运算符，分别是：
3种逻辑运算符的含义：设a和b是两个参加运算的逻辑量，a and b的意义是，当a、b均为真时，表达式的值为真，否则为假；a or b的含义是，当a、b均为假时，表达式的值为假，否则为真；not a的含义是，当a为假时，表达式的值为真，否则为假。逻辑运算符如表2-7所示。
表2-7 逻辑运算符
例如：
程序运行结果：
注意：
（1）x>1 and x<5是判断某数x是否大于1且小于5的逻辑表达式。
（2）如果逻辑表达式的操作数不是逻辑值True和False时，Python则将非0作为真，0作为假进行运算。
例如：当a=0，b=4时，a and b结果为假（0），a or b结果为真。
说明：Python中的or是从左到右计算表达式，返回第一个为真的值。
Python中逻辑值True作为数值则为1，逻辑值False作为数值则为0。
由于逻辑值True作为数值则为1，所以True+5的结果为6。
由于逻辑值False作为数值则为0，所以False+5的结果为5。
4.赋值运算符
赋值运算符“=”的一般格式为：
表示将其右侧的表达式求出结果，赋给其左侧的变量。例如：
说明：
（1）赋值运算符左边必须是变量；右边可以是常量、变量、函数调用，或者常量、变量、函数调用组成的表达式。例如：
都是合法的赋值表达式。
（2）赋值符号“=”不同于数学的等号，它没有相等的含义。
例如：x=x+1是合法的（数学中不合法），它的含义是取出变量x的值加1，再存放到变量x中。
赋值运算符如表2-8所示。
表2-8 赋值运算符
5.位运算符
位（bit）是计算机中表示信息的最小单位，位运算符作用于位和位操作。Python中位运算符如下：
按位与（&）、按位或（|）、按位异或（＾）、按位求反（～）、左移（<<）、右移（>>）。位运算符是对其操作数按其二进制形式逐位进行运算，参加位运算的操作数必须为整数，下面分别进行介绍。假设a=60，b=13；现在以二进制格式表示它们的位运算如下：
（1）按位与（&）。运算符“&”将其两边的操作数的对应位逐一进行逻辑与运算，每一位二进制数（包括符号位）均参加运算。例如：
所以，变量c的值为2。
（2）按位或（|）。运算符“|”将其两边的操作数的对应位逐一进行逻辑或运算，每一位二进制数（包括符号位）均参加运算。例如：
所以，变量c的值为19。
注意：尽管在位运算过程中，按位进行逻辑运算，但位运算表达式的值不是一个逻辑值。
（3）按位异或（＾）。运算符“＾”将其两边的操作数的对应位逐一进行逻辑异或运算，每一位二进制数（包括符号位）均参加运算。异或运算的定义：若对应位相异，结果为1；若对应位相同，结果为0。
例如：
所以，变量c的值为17。
（4）按位求反（～）。运算符“～”是一元运算符，结果将操作数的对应位逐一取反。
例如：
所以，变量c的值为-124。因为补码形式，带符号二进制数最高位为1，则是负数。
（5）左移（<<）。设a、n是整型量，左移运算一般格式为：a<<n，其意义是，将a按二进制位向左移动n位，移出的高n位舍弃，低位补n个0。
例如a=7，a的二进制形式是0000 0111，做x=a<<3运算后x的值是0011 1000，其十进制数是56。
左移一个二进制位，相当于乘2操作。左移n个二进制位，相当于乘以2n操作。
左移运算有溢出问题，因为整数的最高位是符号位，当左移一位时，若符号位不变，则相当于乘以2操作，但若符号位变化时，就会发生溢出。
（6）右移（>>）。设a、n是整型量，右移运算一般格式为：a>>n，其意义是，将a按二进制位向右移动n位，移出的低n位舍弃，高n位补0或1。若a是有符号的整型数，则高位补符号位；若a是无符号的整型数，则高位补0。
右移一个二进制位，相当于除以2操作，右移n个二进制位相当于除以2n操作。例如：
a=7，做x=a>>1运算后x的值是3。
6.成员运算符
除了前面讨论的运算符，Python成员运算符判断序列中是否有某个成员。成员运算符如表2-9所示。
7.标识运算符
标识运算符用于比较两个对象的内存位置，如表2-10所示。
表2-9 成员运算符
表2-10 标识运算符
8.运算符优先级
在一个表达式中出现多种运算时，将按照预先确定的顺序计算并解析各个部分，这个顺序称为运算符优先级。当表达式包含不止一种运算符时，按照表2-11所示优先级规则进行计算。
表2-11 运算符优先级
2.3.2 表达式
表达式是一个或多个运算的组合。Python语言的表达式与其他语言的表达式没有显著的区别。每个符合Python语言规则的表达式计算后都是一个确定的值。对于常量、变量的运算和对于函数的调用都可以构成表达式。
本书后续章节中介绍的序列、函数、对象都可以成为表达式的一部分。
书写表达式需要注意以下几点：
（1）乘号（*）不能省略。例如，数学表达式b2-4ac相应的程序表达式为b*b-4*a*c。
（2）表达式中只能出现字符集允许的字符。例如，数学表达式πr2相应的程序表达式为math.pi*r*r（其中，pi是math模块已经定义的常量）。
（3）表达式只使用圆括号改变运算的优先顺序（不能使用{}或[]）。可以使用多层圆括号，此时左右括号必须配对，运算时从内层括号开始，由内向外依次计算表达式的值。