Python的運算物件、運算子、表示式和語句

程式設計的本質就是資料和運算，資料由基本資料型別、資料結構來表示，運算就是對這些資料的各種操作，基本的加減乘除、是非判斷、流程控制等等。這些操作就是今天我們要講的運算子、表示式和語句。

前面我們學習Python的基本語法時，講到了Python程式的行的概念，這個行再細分就是運算子(Operators)、運算物件(Operands)、表示式(Express)、語句(Statements)。

提示：運算和操作這兩個概念在程式設計中往往是一樣的

比如下面這一行程式碼：

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

先來分解一下這一行：

• 語句： 由表示式組成。此例共三條語句，用分號;分開，即一個物理行有三個邏輯行；
• 表示式： 由運算子和操作物件組成。此例中的表示式有a + 7, a > b等；
• 運算物件： 即各種物件。此例中的a, b, c, 5, 7等。

用一行表示它們的關係就是：

運算物件 + 運算子 -> 表示式 -> 語句

運算物件和運算子構成表示式，表示式構成語句

運算物件

運算物件就是由各種物件構成的集合，這些物件裡面有些是常量，有些是變數。

常量

Python中的常量我們已經見過很多了，比如整數：9, 7, 8等等，浮點數：3.14， 0.618等等，字串：'猿人學Python'，這些常量我們看到它們時就知道它們的意思，這就是字面意義上的常量。

字面意義上的常量就是按照它們的字面意義使用它們的值。比如，數字8總是代表它自己，它是一個常量，不能改變它的值。

變數

常量代表具有特定意義的物件，但不足以滿足程式設計的需要。程式設計經常需要一種既可以儲存資料有可以對它進行運算（操作）的東東，這個東東就是變數。程式設計中要經常使用變數，就需要給變數起個名字：變數名。變數名的起名規則就是前面講Python基本語法時提到的識別符號，忘了的小猿可以再去看看那一節。

最開始那一行Python程式碼中的a, b, c都是變數，而5, 12, 5就是它們各自儲存的值。如果再來一句a = a + 3，a的值就變成了8，變數a的值就變了。
變數的賦值就是給變數一個值，比如a = 3，就是給a變數以3的值。

a = 3  # 把3賦值給a，此時a的值為3
b = a  # 把a賦值給b，此時b的值等於a的值，也是3
c, d = a, b  # 這是多重賦值，相當於 c = a; d = b

運算子

運算子就是對運算物件進行的具體運算名稱。不同的運算子代表不同的運算，比如加減乘除。
透過Python shell可以方便的體驗運算子的使用：

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

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

下面我們用一個表格來清晰的列出各種運算子及其用法。

運算子	名稱	含義	示例
+	加	兩個物件相加	2 + 5得7； '猿人學' + 'Python'得到'猿人學Python'
-	減	兩數相減，或負數	10 - 5得到5；-3.1表示負數。
*	乘	兩數相乘，或字串重複多次	3 * 7得到21；'py' * 2得到pypy。
**	冪	返回x的y次冪	2**8得256； 2.3**3得12.167
/	除	兩數相除	10 / 2得到5；10 / 3 得到 3.333333
//	向下取整除	兩數相除，返回離商最近且小的整數。如果除數和被除數中有浮點數，返回的也是浮點數。	11 // 2得到5；-11 // 2得到-6；5 // 1.34得到3.0.
%	模除	求餘數	10 % 3得到1；10 % 3.3得到0.1；-10 % 3.3得到3.2，因為-10 // 3.3得 -4，-10 - 3.3*-4得到3.2.
<<	左移	二進位制操作，把數字的每個位元位向左移動特定位數（數字在記憶體中以二進位制0,1表示）	2 << 3得到16，2的二進位制是：00000010，左移3位變成：0b00010000即16
>>	右移	把一個數的位元位向右移動特定位數	2 >> 1得到1
&	位與	兩數對應的位元位進行與操作	8 & 9得8
|	位或	兩數對應的位元位進行或操作	8 | 9得9
^	位異或	兩數對應的位元位進行異或操作	8^9得1
～	位反	一個數x的位元位全部取反，值為-(x+1)	~8的 -9
<	小於	返回x是否小於y。所有比較運算子返回的不是True就是False	8 < 9得到True。
>	大於	返回x是否大於y	8 > 9得到False。
<=	小於等於	返回x是否小於等於y	x = 2; y = 3; x <= y 返回True
>=	大於等於	返回x是否大於等於y	x = 6; y = 4; x >= y 返回True
==	等於	比較物件是否相等	2 == 2返回True，3 == 2返回False，'str' == 'str'返回True
!=	不等於比較物件是否不相等	1 != 3返回True，3 != 3返回False
not	布林非	如果x是True則返回False；如果x是False則返回True	x = False; not x返回True。
and	布林與	x and y 如果x是False則返回False，否則返回y的布林值	x = False; y = True; x and y返回False，因為x是False。這種情況下，Python不再檢驗y的布林值，因為and左邊的x已經是False了，不管右邊的y是真是假都不影響整個表示式的值，所以就不再去驗證y是真是假。這叫做“短路求值”。
or	布林或	如果x是True則返回True，否則返回y的布林值	x = True; y = False; x or y返回True。這裡同樣適用“短路求值”

運算子優先順序（Operator precedence）

小時候學數學的時候，我們知道先乘除後加減，比如要算2 + 5 * 6的話，先算5 * 6得到30， 再算2 + 30得到32. 也就是說，乘法運算子的優先順序高於加法運算子。

下面的表格就是Python的運算子的優先順序，從低到高排列，同一個單元格里面的運算子具有相同的優先順序，這時候運算順序從左到右。不過，還是建議大家透過使用圓括號來分組表示式（運算子和運算物件），這樣可以清楚的指出運算的先後順序，同時也讓程式更加易讀。

運算子	描述
lambda	Lambda函式表示式
if-else	條件表示式
or	布林或
and	布林與
not	布林非
in, not in, is, is not, <, <=, >, >=, !=, ==	比較，包括成員測試和同一性測試
|	位或
^	位異或
&	位與
<<, >>	移位
+, -	加、減
*, @, /, //, %	乘，矩陣乘法，除，向下取整除，模除
+x, -x, ~x	整數，負數，位非（位反）
**	冪運算子。它的繫結不如其右側的算數或按位一元運算子緊密，所以，2**-1 的值是0.5.
await	await表示式（asyncio中使用）
x[index], x[index:index], x(arguments...), x.attribute	下標，切片，函式呼叫，屬性引用
(expressions...), [expressions...], {key:value...}, {expressions...}	繫結或元組顯示，列表顯示，字典顯示，集合顯示

上面表格中有我們還沒有接觸到的運算子，這將會在後面的章節中講解。

程式根據上表的順序來進行運算，但是我們也可以透過圓括號來改變它們的計算順序，比如(2 + 7) * 3中，就先計算圓括號裡面的加法，然後再進行乘法。這個原則跟小學時學到的算術是一樣的。

表示式（Expression）

表示式是一段可以計算為某個值的語法片段。換句話說，就是表達元素的累積，比如文字，名稱，屬性訪問，運算子或函式呼叫，它們都返回一個值。與許多其它語言相比，並非所有語言結構都是表示式。還有一些語句不能用作表示式，比如while。賦值也是語句，但不是表示式。

從上面對錶達式的定義來看，a > 3是表示式，a = 3不是表示式，而是賦值語句。

語句（Statements）

語句是程式段（一個程式碼“塊”）的組成單位。一條語句可以是一個表示式或某個帶有關鍵字的結構，例如if, while或for。
語句的例子：

a = 5  # 賦值語句
if a > 3:  #條件語句，其中 a > 3是表示式
    print('a > 3')  #輸出語句

總結

程式由語句組成；語句或是由表示式構成，或是賦值，或是if, while等關鍵字的結構；表示式由運算子和運算物件（數字、字串等常量，變數等）組成，是語句的構成元素。

練習

1. 自己畫出數字的01位元位並進行<<, >>, &, |, ^, ~這些與操作，加深對二進位制的位操作的理解。
2. 隨便寫段程式，用上運算子、運算物件、表示式和語句這些概念。

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