Python入门基础（三）运算符、条件控制与循环语句

一、运算符

什么是运算符

举个简单的例子:

4 + 5 = 9

例子中，4 和 5 被称为操作数，+ 称为运算符。

Python 语言支持以下类型的运算符:

  • 算术运算符
  • 比较（关系）运算符
  • 赋值运算符
  • 逻辑运算符
  • 位运算符
  • 成员运算符
  • 身份运算符
  • 运算符优先级

接下来让我们一个个来学习Python的运算符。

算数运算符

以下假设变量 a=10，变量 b=21：

运算符 描述 实例
+ 加 - 两个对象相加 a + b 输出结果 31
- 减 - 得到负数或是一个数减去另一个数 a - b 输出结果 -11
* 乘 - 两个数相乘或是返回一个被重复若干次的字符串 a * b 输出结果 210
/ 除 - x 除以 y b / a 输出结果 2.1
% 取模 - 返回除法的余数 b % a 输出结果 1
** 幂 - 返回x的y次幂 a**b 为10的21次方
// 取整除 - 往小的方向取整数 b // a 输出结果为2

比较运算符

以下假设变量 a 为 10，变量 b 为20：

运算符 描述 实例
== 等于 - 比较对象是否相等 (a == b) 返回 False。
!= 不等于 - 比较两个对象是否不相等 (a != b) 返回 True。
> 大于 - 返回x是否大于y (a > b) 返回 False。
< 小于 - 返回x是否小于y。所有比较运算符返回1表示真，返回0表示假。这分别与特殊的变量True和False等价。注意，这些变量名的大写。 (a < b) 返回 True。
>= 大于等于 - 返回x是否大于等于y。 (a >= b) 返回 False。
<= 小于等于 - 返回x是否小于等于y。 (a <= b) 返回 True。

赋值运算符

以下假设变量a为10，变量b为20：

运算符 描述 实例
= 简单的赋值运算符 c = a + b 将 a + b 的运算结果赋值为 c
+= 加法赋值运算符 c += a 等效于 c = c + a
-= 减法赋值运算符 c -= a 等效于 c = c - a
*= 乘法赋值运算符 c *= a 等效于 c = c * a
/= 除法赋值运算符 c /= a 等效于 c = c / a
%= 取模赋值运算符 c %= a 等效于 c = c % a
**= 幂赋值运算符 c **= a 等效于 c = c ** a
//= 取整除赋值运算符 c //= a 等效于 c = c // a
:= 海象运算符，也叫赋值表达式，这个运算符的主要目的是在表达式中同时进行赋值和返回赋值的值。Python3.8 版本新增运算符。 在表达式中进行赋值操作，也就是说，它可以在一边判断的同时一边赋值，而不需要写两行代码

附海象运算符案例：

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# 传统代码
n = len("hello")
if n > 3:
  print(f"字符串的长度是{n}")
  
# 优化代码
if (n := len("hello")) > 3:
    print(f"字符串长度是 {n}")

逻辑运算符

Python语言支持逻辑运算符，以下假设变量 a 为 10, b为 20:

运算符 逻辑表达式 描述 实例
and x and y 布尔”与” - 如果 x 为 False，x and y 返回 x 的值，否则返回 y 的计算值。 (a and b) 返回 20。
or x or y 布尔”或” - 如果 x 是 True，它返回 x 的值，否则它返回 y 的计算值。 (a or b) 返回 10。
not not x 布尔”非” - 如果 x 为 True，返回 False 。如果 x 为 False，它返回 True。 not(a and b) 返回 False

同行读取优先级：not > and > or

位运算符

运算符 描述 实例
& 按位与运算符：参与运算的两个值,如果两个相应位都为1,则该位的结果为1,否则为0 (a & b) 输出结果 12 ，二进制解释： 0000 1100
| 按位或运算符：只要对应的二个二进位有一个为1时，结果位就为1 (a | b) 输出结果 61 ，二进制解释： 0011 1101
^ 按位异或运算符：当两对应的二进位相异时，结果为1 (a ^ b) 输出结果 49 ，二进制解释： 0011 0001
~ 按位取反运算符：对数据的每个二进制位取反,即把1变为0,把0变为1。~x 类似于 -x-1 (~a ) 输出结果 -61 ，二进制解释： 1100 0011， 在一个有符号二进制数的补码形式。
<< 左移动运算符：运算数的各二进位全部左移若干位，由”<<”右边的数指定移动的位数，高位丢弃，低位补0 a << 2 输出结果 240 ，二进制解释： 1111 0000
>> 右移动运算符：把”>>”左边的运算数的各二进位全部右移若干位，”>>”右边的数指定移动的位数, a >> 2 输出结果 15 ，二进制解释： 0000 1111

注意：位运算符优先级虽高于比较运算符，但在其他语言中（如C语言）低于比较运算符，因此建议在编写代码中加括号

如if x & 1 == 0 应该优化成 if (x & 1) == 0

成员运算符

除了以上的一些运算符之外，Python还支持成员运算符，测试实例中包含了一系列的成员，包括字符串，列表或元组。

运算符 描述 实例
in 如果在指定的序列中找到值返回 True，否则返回 False。 x 在 y 序列中 , 如果 x 在 y 序列中返回 True。
not in 如果在指定的序列中没有找到值返回 True，否则返回 False。 x 不在 y 序列中 , 如果 x 不在 y 序列中返回 True

身份运算符

身份运算符用于比较两个对象的存储单元

运算符 描述 实例
is is 是判断两个标识符是不是引用自一个对象 x is y, 类似 id(x) == id(y) , 如果引用的是同一个对象则返回 True，否则返回 False
is not is not 是判断两个标识符是不是引用自不同对象 x is not y ， 类似 id(x) != id(y)。如果引用的不是同一个对象则返回结果 True，否则返回 False。

**注：**id() 函数用于获取对象内存地址。

运算符优先级

以下表格列出了从最高到最低优先级的所有运算符， 相同单元格内的运算符具有相同优先级。 运算符均指二元运算，除非特别指出。 相同单元格内的运算符从左至右分组（除了幂运算是从右至左分组）：

优先级 运算符类型 运算符符号 示例 备注
1 括号 () (a + b) 最高优先级，强制改变运算顺序
2 索引/切片/属性访问 [] [:] . lst[0] obj.attr 用于容器访问和对象属性
3 函数调用/容器字面量 () {} [] func() {1, 2} 函数调用和集合/字典/列表的创建
4 幂运算 ** 2 ** 3 右结合（2**3**2 → 2**(3**2)）
5 按位取反/算术取反 +x -x ~x -5 ~0b101 一元运算符
6 乘/除/取模/地板除 * / % // 5 // 3 9 % 2
7 加/减 + - 3 + 5
8 位移运算 << >> 1 << 3
9 按位与 & 0b101 & 0b110
10 按位异或 ^ 0b101 ^ 0b110
11 按位或 | 0b101 | 0b110
12 比较运算 == != < > <= >= is in x == y 'a' in lst 链式比较会被特殊处理（如 1 < x < 5）
13 布尔非 not not True 一元运算符
14 布尔与 and x > 0 and x < 10 短路逻辑（若左边为False则不计算右边）
15 布尔或 or x == 0 or x == 1 短路逻辑（若左边为True则不计算右边）
16 三元条件运算符 if else x if cond else y
17 赋值运算符 = += -= *= /= 等 x += 1 最低优先级

二、条件控制

Python 条件语句是通过一条或多条语句的执行结果（True 或者 False）来决定执行的代码块。

if 语句

Python中if语句的一般形式如下所示：

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if condition_1:
    statement_block_1
elif condition_2:
    statement_block_2
else:
    statement_block_3
  • 如果 “condition_1” 为 True 将执行 “statement_block_1” 块语句
  • 如果 “condition_1” 为False，将判断 “condition_2”
  • 如果”condition_2” 为 True 将执行 “statement_block_2” 块语句
  • 如果 “condition_2” 为False，将执行”statement_block_3”块语句

Python 中用 elif 代替了 else if，所以if语句的关键字为：if – elif – else。

注意：

  • 1、每个条件后面要使用冒号 :，表示接下来是满足条件后要执行的语句块。

  • 2、使用缩进来划分语句块，相同缩进数的语句在一起组成一个语句块。

  • 3、在 Python 中没有 switch...case 语句，但在 Python3.10 版本添加了 match...case，功能类似，case _类似于 C 和 Java 中的 default:，当其他 case 都无法匹配时，匹配这条，保证永远会匹配成功。：

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    def check_color(color):
        match color:
            case "red":
                print("你选择了红色")
            case "blue":
                print("你选择了蓝色")e
            case "green":
                print("你选择了绿色")
            case _:
                print("未知颜色")#_符号可以看作是一个通配符，功能类似else，若上述条件未符合，将执行该行

if 嵌套

在嵌套 if 语句中，可以把 if…elif…else 结构放在另外一个 if…elif…else 结构中。

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if 表达式1:
    语句
    if 表达式2:
        语句
    elif 表达式3:
        语句
    else:
        语句
elif 表达式4:
    语句
else:
    语句

三、循环语句

Python 中的循环语句有 for 和 while。

while 循环

Python 中 while 语句的一般形式：

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while 判断条件(condition)：
    执行语句(statements)……

同样需要注意冒号和缩进。另外，在 Python 中没有 do..while 循环。

以下实例使用了 while 来计算 1 到 100 的总和：

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n = 100
 
sum = 0
counter = 1
while counter <= n:
    sum = sum + counter
    counter += 1
 
print("1 到 %d 之和为: %d" % (n,sum))

无限循环

我们可以通过设置条件表达式永远不为 false 来实现无限循环，实例如下：

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var = 1
while var == 1 :  # 表达式永远为 true
   num = int(input("输入一个数字  :"))
   print ("你输入的数字是: ", num)
 
print ("Good bye!")

执行以上脚本，输出结果如下：

输入一个数字 :5 你输入的数字是: 5 输入一个数字 :

你可以使用 CTRL+C 来退出当前的无限循环。

无限循环在服务器上客户端的实时请求非常有用。

while 循环使用 else 语句

如果 while 后面的条件语句为 false 时，则执行 else 的语句块。

语法格式如下：

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while <expr>:
    <statement(s)>
else:
    <additional_statement(s)>

expr 条件语句为 true 则执行 statement(s) 语句块，如果为 false，则执行 additional_statement(s)。

循环输出数字，并判断大小，实例：

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count = 0
while count < 5:
   print (count, " 小于 5")
   count = count + 1
else:
   print (count, " 大于或等于 5")

简单语句组

类似 if 语句的语法，如果你的 while 循环体中只有一条语句，你可以将该语句与 while 写在同一行中， 如下所示：

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flag = 1
 
while (flag): print ('欢迎访问菜鸟教程!')
 
print ("Good bye!")

for 循环

Python for 循环可以遍历任何可迭代对象，如一个列表（容器）或者一个字符串。

for循环的一般格式如下：

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for <variable> in <sequence>:
    <statements>
else:
    <statements>

Python for 循环实例：

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sites = ["Baidu", "Google","Runoob","Taobao"]
for site in sites:
    print(site)

也可用于打印字符串中的每个字符：

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word = 'runoob'
 
for letter in word:
    print(letter)

整数范围值可以配合 range() 函数使用：

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for number in range(1, 6):
    print(number)

for…else 语句

在 Python 中，for…else 语句用于在循环结束后执行一段代码。

语法格式如下：

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for item in iterable:
    # 循环主体
else:
    # 循环结束后执行的代码

执行脚本后，输出结果为：

0 1 2 3 4 5 Finally finished!

以下 for 实例中使用了 break 语句，break 语句用于跳出当前循环体，不会执行 else 子句：

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sites = ["Baidu", "Google","Runoob","Taobao"]
for site in sites:
    if site == "Runoob":
        print("菜鸟")
        break
    print("循环数据 " + site)
else:
    print("没有循环数据!")
print("完成循环!")

执行脚本后，在循环到 “Runoob”时会跳出循环体：

循环数据 Baidu 循环数据 Google 菜鸟 完成循环!

range()函数

如果你需要遍历数字序列，可以使用内置 range() 函数。它会生成数列，例如:

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>>>for i in range(5):
...     print(i)
...
0
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4

也可以使 range() 以指定数字开始并指定不同的增量(甚至可以是负数，有时这也叫做’步长’):

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>>>for i in range(0, 10, 3) :
    print(i)
 
    
0
3
6
9
>>>

可以结合 range() 和 len() 函数以遍历一个序列的索引,如下所示:

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>>>a = ['Google', 'Baidu', 'Runoob', 'Taobao', 'QQ']
>>> for i in range(len(a)):
...     print(i, a[i])
... 
0 Google
1 Baidu
2 Runoob
3 Taobao
4 QQ
>>>

还可以使用 range() 函数来创建一个列表：

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>>>list(range(5))
[0, 1, 2, 3, 4]
>>>

break 和 continue 语句及循环中的 else 子句

break 语句可以跳出 for 和 while 的循环体。如果你从 for 或 while 循环中终止，任何对应的循环 else 块将不执行。

continue 语句被用来告诉 Python 跳过当前循环块中的剩余语句，然后继续进行下一轮循环。

while 中使用 break：

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for i in range(5):
    if i == 3:
        break
    print(i)

while 中使用 continue：

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n = 5
while n > 0:
    n -= 1
    if n == 2:
        continue
    print(n)
print('循环结束。')
>>>
4
3
1
0
循环结束。

循环语句可以有 else 子句，它在穷尽列表(以for循环)或条件变为 false (以while循环)导致循环终止时被执行，但循环被 break 终止时不执行。

如下实例用于查询质数的循环例子:

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for n in range(2, 10):
    for x in range(2, n):
        if n % x == 0:
            print(n, '等于', x, '*', n//x)
            break
    else:
        # 循环中没有找到元素
        print(n, ' 是质数')
>>>
2  是质数
3  是质数
4 等于 2 * 2
5  是质数
6 等于 2 * 3
7  是质数
8 等于 2 * 4
9 等于 3 * 3

pass语句

Python pass是空语句，是为了保持程序结构的完整性。

pass 不做任何事情，一般用做占位语句，如下实例：

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>>>while True:
...     pass  # 等待键盘中断 (Ctrl+C)

以下实例在字母为 o 时 执行 pass 语句块:

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for letter in 'Runoob': 
   if letter == 'o':
      pass
      print ('执行 pass 块')
   print ('当前字母 :', letter)
 
print ("Good bye!")