Python3 基本类型运算详解

代码示例

# 数学运算
print(2 + 3, 2 - 3, 2 * 3, 2 / 3, 2 // 3, 2 ** 3)
# 输出：5 -1 6 0.6666666666666666 0 8

# 位运算
print(2 >> 3, 2 << 3, 2 & 3, 2 | 3, 2 ^ 3, ~2)
# 输出：0 16 2 3 1 -3

# 比较逻辑
print(2 > 3, 2 >= 3, 2 < 3, 2 <= 3, 2 == 3, 2 != 3)
# 输出：False False True True False True

# 取负
print(-2, -3)

浮点型间的运算

浮点型（float）用于表示实数。其运算规则和整型十分类似，但存在精度问题。

1. 主要区别

• 没有二进制位运算（如 <<, >> 等不能直接用于浮点数）。
• 除了逻辑类比较外，其他算术运算的结果类型都是浮点型，包括地板除 //。

2. 精度问题

由于计算机使用 IEEE 754 标准存储浮点数，某些十进制小数无法精确表示。因此在进行浮点数计算时，可能会出现微小的误差。

例如：

print(0.1 + 0.2)
# 输出：0.30000000000000004

在实际开发中，如果需要高精度计算，建议使用 decimal 模块。

代码示例

print(2.1 + 3.2, 2.1 - 3.2, 2.1 * 3.2, 2.1 / 3.2, 2.1 // 3.2, 2.1 ** 3.2)
# 输出：5.300000000000001 -1.1 6.720000000000001 0.65625 0.0 10.74241047739471

print(2.1 > 3.2, 2.1 >= 3.2, 2.1 < 3.2, 2.1 <= 3.2, 2.1 == 3.2, 2.1 != 3.2)
# 输出：False False True True False True

print(-2.1, -3.2)

整型与浮点型间的运算

当整型和浮点型混合运算时，Python 会自动将整型转换为浮点型，然后按照浮点型规则进行运算。这种机制称为隐式类型转换。

例如：2 + 3.5 会先将 2 转换为 2.0，再计算得到 5.5。

布尔型间的运算

布尔型（bool）只有两个值：True 和 False。它们在内部分别对应整数 1 和 0。

1. 逻辑运算

布尔型支持逻辑与、或、非运算。Python 提供了两种表示方式：关键字和运算符。

• 关键字形式：and, or, not。推荐优先使用，可读性更好。
• 运算符形式：&, |, ~。这是按位运算符，但在布尔值上效果等同于逻辑运算，不过需要注意优先级差异。

特别注意：Python 中逻辑非的运算符是 not，而不是 C/C++ 中的 !。使用 ! 会引发语法错误。

真值表

| 变量 1 | 变量 2 | 与 (and/&)| 或 (or/|) | 异或 (^) | | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | | False | False | False | False | False | | False | True | False | True | True | | True | True | True | True | False |

非运算是单元运算，将 False 变为 True，True 变为 False。

2. 转化为布尔型

为了方便检验一个变量是否为空或无效，Python 内置了 bool() 函数可以将任何类型转换为布尔型。转换规则如下：

• 数值类型：0、0.0 转换为 False，其余为 True。
• 字符串：空字符串 '' 转换为 False，其余为 True。
• 容器类型：空列表 []、空字典 {}、空集合 set() 转换为 False，其余为 True。
• None：转换为 False。

代码示例

print(bool(0), bool(10))
print(bool(0.0), bool(10.0))
print(bool(''), bool('Hello World!'))
print(bool(None), bool([]))
# 每条语句输出的都是：False True

3. 短路求值

在使用 and 和 or 时，Python 采用短路求值策略：

• A and B：如果 A 为假，则不计算 B，直接返回 A。
• A or B：如果 A 为真，则不计算 B，直接返回 A。

这在条件判断中非常有用，可以避免不必要的计算或潜在的错误。

赋值运算

除了比较类运算和单元运算外，其余的运算都将两个同类型的变量计算为一个同类型的结果。有时候我们希望立刻用这个结果赋给参与计算的两个变量中的一个，此时就可以使用赋值运算。

1. 增强赋值运算符

赋值运算符就是原本的运算符紧跟一个 =，例如：

• +=：加后赋值
• -=：减后赋值
• /=：除后赋值
• *=：乘后赋值
• &=, |=, ^= 等位运算赋值

代码示例

x = 2
x += 1
print(x)
# 输出：3

也就是说，x += y 等价于 x = x + y。同理，还有 -=、/=、&=、>>= 等等赋值运算。

严格来说，增强赋值运算并不是纯粹的运算表达式，因为它构成了一个完整的语句，并没有直接的返回值（除非配合 lambda 或其他高级特性，但在基础用法中视为语句）。

总结与复习

本文详细讲解了 Python3 中三种基本类型的运算规则。以下是核心知识点回顾：

1. 运算定义：理解单元运算符和双元运算符的区别，以及运算符优先级的影响。
2. 整型运算：掌握地板除 // 的特性，特别是负数情况下的取整行为；区分比较运算符 == 与赋值运算符 =。
3. 浮点型运算：了解浮点数精度误差的来源，避免直接使用 == 比较浮点数是否相等。
4. 布尔型运算：熟悉 and, or, not 关键字的使用，理解短路求值机制，掌握 bool() 转换规则。
5. 赋值运算：熟练使用增强赋值运算符简化代码，理解其等价形式。

通过上述内容，读者应能熟练掌握 Python 基础数据类型的运算逻辑，为后续学习复杂数据结构及算法打下坚实基础。