【python基础教程】6 表达式

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专栏往期文章：

一、初步了解
- 1.1 表达式的概念及重要性：
- 1.2 表达式的组成
二、操作数与操作符
三、表达式的类型与值
总结

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引言:

一、初步了解

1.1 表达式的概念及重要性：

Python表达式是编程中的一个基础且核心概念，它指的是由操作数（如变量、常量或函数调用返回的值）和运算符（如算术运算符、比较运算符、逻辑运算符等）组成的代码片段，这些片段可以被Python解释器计算或评估以产生一个值。表达式的值可以是一个数字、字符串、布尔值、列表、字典等任何Python数据类型。

例如

以下是一个简单的Python代码例子，展示了表达式的组成以及如何计算表达式的值：

# 定义操作数：变量和常量
a = 5
b = 10

# 使用算术运算符组成表达式
expression_1 = a + b  # 加法表达式
expression_2 = a * b  # 乘法表达式

# 使用比较运算符组成表达式
expression_3 = a == b  # 相等比较表达式
expression_4 = a < b   # 小于比较表达式

# 打印表达式的值
print("The value of expression_1 (a + b) is:", expression_1)
print("The value of expression_2 (a * b) is:", expression_2)
print("The value of expression_3 (a == b) is:", expression_3)
print("The value of expression_4 (a < b) is:", expression_4)

代码运行结果：

The value of expression_1 (a + b) is: 15
The value of expression_2 (a * b) is: 50
The value of expression_3 (a == b) is: False
The value of expression_4 (a < b) is: True

在这个例子中，我们定义了两个操作数a和b，并分别用算术运算符+和*构建了加法表达式和乘法表达式。

接着，我们使用比较运算符==和<构建了相等比较表达式和小于比较表达式。

最后，我们打印出每个表达式的值。

这些值分别是一个数字（加法和乘法的结果）和两个布尔值（比较运算的结果）。

这个例子清晰地展示了Python表达式如何由操作数和运算符组成，并且这些表达式可以被Python解释器计算以产生一个值。

在编程中，表达式的重要性不言而喻。它们是构建复杂程序的基础，用于执行各种计算任务、条件判断、循环控制等。通过组合和操作不同类型的表达式，程序员可以创建出功能强大的程序逻辑，实现各种复杂的业务需求。

1.2 表达式的组成

主要包括两部分：操作数和运算符。

操作数是表达式中的基本元素，它们可以是任何可以赋值给变量的数据，如数字、字符串、变量、函数返回值等。

操作数提供了表达式所需的数据，这些数据是运算符作用的对象。

运算符则是用来对操作数进行操作的符号。

Python提供了多种类型的运算符，包括算术运算符（如加、减、乘、除等）、比较运算符（如等于、不等于、大于、小于等）、逻辑运算符（如与、或、非等），以及位运算符、赋值运算符等。

这些运算符定义了操作数之间的计算方式或关系，从而决定了表达式的最终值。

在Python中，表达式的形式非常灵活，可以是简单的单一操作数（如一个常量或变量），也可以是包含多个操作数和运算符的复杂组合。

通过合理地使用操作数和运算符，我们可以构建出各种功能强大的表达式，实现复杂的计算任务和逻辑判断。

二、操作数与操作符

2.1 操作数的概念

操作数是Python表达式中的基本元素，它们是运算符作用的对象。操作数可以是多种类型的值，包括：

变量：变量是存储数据值的标识符。在Python中，你可以为变量分配任何类型的值，如整数、浮点数、字符串、列表等。这些变量可以用作操作数。

x = 10
y = 20
# x 和 y 都是操作数

常量：常量是程序中不可改变的值。在Python中，我们通常将不可变的值（如数字或字符串）视为常量，尽管Python本身并没有像某些其他语言那样的“const”关键字来明确声明常量。

PI = 3.14159
# PI 是一个常量操作数

函数调用结果：函数调用执行后返回的值也可以用作操作数。

def add_numbers(a, b):
    return a + b

result = add_numbers(3, 4)
# result 存储了函数调用的结果，它可以用作操作数

2.2 Python中的各类运算符

Python支持多种类型的运算符，它们用于执行不同的操作：

算术运算符：
- + 加法
- - 减法
- * 乘法
- / 除法
- // 整除（地板除）
- % 取模（求余数）
- ** 幂运算（求幂）
比较运算符（也称为关系运算符）：
- == 等于
- != 不等于
- > 大于
- < 小于
- >= 大于等于
- <= 小于等于
逻辑运算符：
- and 与
- or 或
- not 非
位运算符：
- & 按位与
- | 按位或
- ^ 按位异或
- ~ 按位取反
- << 左移
- >> 右移
赋值运算符：
- = 赋值
- += 加等于
- -= 减等于
- *= 乘等于
- /= 除等于
- //= 整除等于
- %= 取模等于
- **= 幂等于
成员运算符：
- in 如果某个元素是序列的成员，则返回True
- not in 如果某个元素不是序列的成员，则返回True
身份运算符：
- is 判断两个标识符是不是引用自一个对象
- is not 判断两个标识符是不是引用自不同对象
条件（三元）运算符：
- value_if_true if condition else value_if_false

2.3 运算符的优先级和结合性

运算符的优先级决定了在一个包含多个运算符的表达式中，哪个运算符应该首先被计算。结合性决定了当一个表达式中存在相同优先级的运算符时，它们应该如何组合。

Python运算符的优先级从高到低如下：

括号 ()
指数 **
正负号 +x, -x, ~x
乘、除、取模 *, /, //, %
加、减 +, -
位移 <<, >>
位运算符 &
异或 ^
按位或 |
成员资格 in, not in
比较运算符 <, <=, >, >=, !=, ==
身份运算符 is, is not
逻辑运算符 not
逻辑运算符 and
逻辑运算符 or

当运算符具有相同的优先级时，它们将按照从左到右的顺序进行求值，这被称为“左结合性”。例如，在表达式 a - b - c 中，会首先计算 a - b，然后再将结果与 c 相减，因为 - 运算符是左结合的。

如果需要改变默认的优先级，可以使用括号来明确地指定计算的顺序。括号内的表达式会首先被计算。

三、表达式的类型与值

在Python中，表达式的类型是根据其组成和操作数类型来确定的。表达式的类型决定了其求值后的结果类型。下面我们将分析几种常见的Python表达式类型及其求值过程。

3.1 数值表达式

数值表达式由数字和操作数组成，其结果也是一个数字。这些操作数可以是整数、浮点数等，而操作符则包括算术运算符（如加、减、乘、除等）。

# 数值表达式示例
result = 5 + 3 * 2  # 先执行乘法，再执行加法
print(result)       # 输出结果：11
print(type(result)) # 输出类型：<class 'int'>

在这个例子中，数值表达式 5 + 3 * 2 的求值过程遵循Python的运算符优先级规则（先乘除后加减），最终结果是整数 11。

3.2 字符串表达式

字符串表达式涉及字符串操作数和字符串连接、格式化等操作符。其结果是一个字符串。

# 字符串表达式示例
name = "Alice"
greeting = "Hello, " + name + "!"
print(greeting)       # 输出结果：Hello, Alice!
print(type(greeting)) # 输出类型：<class 'str'>

在这个例子中，字符串表达式 "Hello, " + name + "!" 通过字符串连接操作符 + 将多个字符串拼接成一个完整的问候语。

3.3 布尔表达式

布尔表达式涉及比较运算符和逻辑运算符，其结果是一个布尔值（True 或 False）。

# 布尔表达式示例
x = 10
y = 5
is_greater = x > y
print(is_greater)       # 输出结果：True
print(type(is_greater)) # 输出类型：<class 'bool'>

在这个例子中，布尔表达式 x > y 检查变量 x 是否大于变量 y，如果条件成立则结果为 True，否则为 False。

3.4 复合表达式

复合表达式是由多个简单表达式通过运算符组合而成的复杂表达式。这些表达式可能包含数值、字符串和布尔值的混合操作。

# 复合表达式示例
age = 30
is_adult = age >= 18
full_name = "Mr. " + "Smith" if is_adult else "Little " + "Smith"
print(full_name)       # 输出结果可能是：Mr. Smith
print(type(full_name)) # 输出类型：<class 'str'>