Python的运算对象、运算符、表达式和语句

编程的本质就是数据和运算，数据由基本数据类型、数据结构来表示，运算就是对这些数据的各种操作，基本的加减乘除、是非判断、流程控制等等。这些操作就是今天我们要讲的运算符、表达式和语句。

前面我们学习Python的基本语法时，讲到了Python程序的 行 的概念，这个行再细分就是运算符(Operators)、运算对象(Operands)、表达式(Express)、语句(Statements)。

比如下面这一行代码：

a = 5; b = a + 7; c = a if a > b else b

先来分解一下这一行：

• 语句： 由表达式组成。此例共三条语句，用分号 ; 分开，即一个物理行有三个逻辑行；
• 表达式： 由运算符和操作对象组成。此例中的表达式有 a + 7 , a > b 等；
• 运算对象： 即各种对象。此例中的 a, b, c, 5, 7 等。

用一行表示它们的关系就是：

运算对象 + 运算符 -> 表达式 -> 语句

运算对象和运算符构成表达式，表达式构成语句

运算对象

运算对象就是由各种对象构成的集合，这些对象里面有些是 常量 ，有些是 变量 。

常量

Python中的常量我们已经见过很多了，比如整数： 9, 7, 8 等等，浮点数： 3.14， 0.618 等等，字符串： '猿人学Python' ，这些常量我们看到它们时就知道它们的意思，这就是字面意义上的常量。

字面意义上的常量就是按照它们的 字面意义 使用它们的值。比如，数字 8 总是代表它自己，它是一个常量，不能改变它的值。

变量

常量代表具有特定意义的对象，但不足以满足编程的需要。编程经常需要一种既可以存储数据有可以对它进行运算（操作）的东东，这个东东就是 变量 。编程中要经常使用变量，就需要给变量起个名字：变量名。变量名的起名规则就是前面讲Python基本语法时提到的 标识符 ，忘了的小猿可以再去看看那一节。

最开始那一行Python代码中的 a, b, c 都是变量，而 5, 12, 5 就是它们各自存储的值。如果再来一句 a = a + 3 ， a 的值就变成了 8 ，变量 a 的值就变了。
变量的赋值就是给变量一个值，比如 a = 3 ，就是给a变量以3的值。

a = 3  # 把3赋值给a，此时a的值为3
b = a  # 把a赋值给b，此时b的值等于a的值，也是3
c, d = a, b  # 这是多重赋值，相当于 c = a; d = b

运算符

运算符就是对运算对象进行的具体运算名称。不同的运算符代表不同的运算，比如加减乘除。
通过Python shell可以方便的体验运算符的使用：

In [115]: 2 + 5
Out[115]: 7

In [116]: 8 * 9
Out[116]: 72

下面我们用一个表格来清晰的列出各种运算符及其用法。

运算符	名称	含义	示例
+	加	两个对象相加	2 + 5 得7； '猿人学' + 'Python' 得到 '猿人学Python'
-	减	两数相减，或负数	10 - 5 得到5； -3.1 表示负数。
*	乘	两数相乘，或字符串重复多次	3 * 7 得到21； 'py' * 2 得到 pypy 。
**	幂	返回x的y次幂	2**8 得256； 2.3**3 得12.167
/	除	两数相除	10 / 2 得到5； 10 / 3 得到 3.333333
//	向下取整除	两数相除，返回离商最近且小的整数。如果除数和被除数中有浮点数，返回的也是浮点数。	11 // 2 得到5； -11 // 2 得到-6； 5 // 1.34 得到3.0.
%	模除	求余数	10 % 3 得到1； 10 % 3.3 得到0.1； -10 % 3.3 得到3.2，因为 -10 // 3.3 得 -4， -10 - 3.3*-4 得到3.2.
<<	左移	二进制操作，把数字的每个比特位向左移动特定位数（数字在内存中以二进制 0,1 表示）	2 << 3 得到16， 2 的二进制是： 00000010 ，左移3位变成： 0b00010000 即16
>>	右移	把一个数的比特位向右移动特定位数	2 >> 1 得到1
&	位与	两数对应的比特位进行与操作	8 & 9 得8
|	位或	两数对应的比特位进行或操作	8 | 9 得9
^	位异或	两数对应的比特位进行异或操作	8^9 得1
～	位反	一个数x的比特位全部取反，值为-(x+1)	~8 的 -9
<	小于	返回x是否小于y。所有比较运算符返回的不是 True 就是 False	8 < 9 得到 True 。
>	大于	返回x是否大于y	8 > 9 得到 False 。
<=	小于等于	返回x是否小于等于y	x = 2; y = 3; x <= y 返回 True
>=	大于等于	返回x是否大于等于y	x = 6; y = 4; x >= y 返回 True
==	等于	比较对象是否相等	2 == 2 返回 True ， 3 == 2 返回 False ， 'str' == 'str' 返回 True
!=	不等于比较对象是否不相等	1 != 3 返回 True ， 3 != 3 返回False
not	布尔 非	如果x是 True 则返回 False ；如果x是 False 则返回 True	x = False; not x 返回 True 。
and	布尔 与	x and y 如果x是 False 则返回 False ，否则返回y的布尔值	x = False; y = True; x and y 返回 False ，因为x是False。这种情况下，Python不再检验y的布尔值，因为and左边的x已经是False了，不管右边的y是真是假都不影响整个表达式的值，所以就不再去验证y是真是假。这叫做“短路求值”。
or	布尔 或	如果x是 True 则返回True，否则返回y的布尔值	x = True; y = False; x or y 返回True。这里同样适用“短路求值”

运算符优先级（Operator precedence）

小时候学数学的时候，我们知道先乘除后加减，比如要算 2 + 5 * 6 的话，先算 5 * 6 得到30， 再算 2 + 30 得到32. 也就是说，乘法运算符的优先级高于加法运算符。

下面的表格就是Python的运算符的优先级，从低到高排列，同一个单元格里面的运算符具有相同的优先级，这时候运算顺序从左到右。不过，还是建议大家通过使用圆括号来分组表达式（运算符和运算对象），这样可以清楚的指出运算的先后顺序，同时也让程序更加易读。

运算符	描述
lambda	Lambda函数表达式
if-else	条件表达式
or	布尔或
and	布尔与
not	布尔非
in , not in , is , is not , < , <= , > , >= , != , ==	比较，包括成员测试和同一性测试
|	位或
^	位异或
&	位与
<< , >>	移位
+ , -	加、减
* , @ , / , // , %	乘，矩阵乘法，除，向下取整除，模除
+x , -x , ~x	整数，负数，位非（位反）
**	幂运算符。它的绑定不如其右侧的算数或按位一元运算符紧密，所以， 2**-1 的值是0.5.
await	await表达式（asyncio中使用）
x[index] , x[index:index] , x(arguments...) , x.attribute	下标，切片，函数调用，属性引用
(expressions...) , [expressions...] , {key:value...} , {expressions...}	绑定或元组显示，列表显示，字典显示，集合显示

上面表格中有我们还没有接触到的运算符，这将会在后面的章节中讲解。

程序根据上表的顺序来进行运算，但是我们也可以通过圆括号来改变它们的计算顺序，比如 (2 + 7) * 3 中，就先计算圆括号里面的加法，然后再进行乘法。这个原则跟小学时学到的算术是一样的。

表达式（Expression）

表达式是一段可以计算为某个值的语法片段。换句话说，就是表达元素的累积，比如文字，名称，属性访问，运算符或函数调用，它们都返回一个值。与许多其它语言相比，并非所有语言结构都是表达式。还有一些语句不能用作表达式，比如 while 。 赋值 也是语句，但不是表达式。

从上面对表达式的定义来看， a > 3 是表达式， a = 3 不是表达式，而是赋值语句。

语句（Statements）

语句是程序段（一个代码“块”）的组成单位。一条语句可以是一个表达式或某个带有关键字的结构，例如 if , while 或 for 。
语句的例子：

a = 5  # 赋值语句
if a > 3:  #条件语句，其中 a > 3是表达式
    print('a > 3')  #输出语句

总结

程序由语句组成；语句或是由表达式构成，或是赋值，或是 if , while 等关键字的结构；表达式由运算符和运算对象（数字、字符串等常量，变量等）组成，是语句的构成元素。

练习

1. 自己画出数字的01比特位并进行 <<, >>, &, |, ^, ~ 这些与操作，加深对二进制的位操作的理解。
2. 随便写段程序，用上运算符、运算对象、表达式和语句这些概念。