Операторы и выражения

Большинство предложений (логических строк) в программах содержат выражения. Простой пример выражения: 2 + 3. Выражение можно разделить на операторы и операнды.

Операторы – это некий функционал, производящий какие-либо действия, который может быть представлен в виде символов, как например +, или специальных зарезервированных слов. Операторы могут производить некоторые действия над данными, и эти данные называются операндами. В нашем случае 2 и 3 – это операнды.

Операторы

Кратко рассмотрим операторы и их применение:

Обратите внимание, вычислить значения выражений, данных в примерах, можно также используя интерпретатор интерактивно. Например, для проверки выражения 2 + 3 воспользуйтесь интерактивной командной строкой интерпретатора Python:

>>> 2 + 3
5
>>> 3 * 5
15

Операторы и их применение

Оператор	Название	Объяснение	Примеры
+	Сложение	Суммирует два объекта	3 + 5 даст 8; 'a' + 'b' даст 'ab'
-	Вычитание	Даёт разность двух чисел; если первый операнд отсутствует, он считается равным нулю	-5.2 даст отрицательное число, а 50 - 24 даст 26.
*	Умножение	Даёт произведение двух чисел или возвращает строку, повторённую заданное число раз.	2 * 3 даст 6. 'la' * 3 даст 'lalala'.
**	Возведение в степень	Возвращает число х, возведённое в степень y	3 ** 4 даст 81 (т.е. 3 * 3 * 3 * 3)
/	Деление	Возвращает частное от деления x на y	4 / 3 даст 1.3333333333333333.
//	Целочисленное деление	Возвращает неполное частное от деления	4 // 3 даст 1. -4 // 3 даст -2.
%	Деление по модулю	Возвращает остаток от деления	8 % 3 даст 2. -25.5 % 2.25 даст 1.5.
<<	Сдвиг влево	Сдвигает биты числа влево на заданное количество позиций. (Любое число в памяти компьютера представлено в виде битов - или двоичных чисел, т.е. 0 и 1)	2 << 2 даст 8. В двоичном виде 2 представляет собой 10. Сдвиг влево на 2 бита даёт 1000, что в десятичном виде означает 8.
>>	Сдвиг вправо	Сдвигает биты числа вправо на заданное число позиций.	11 >> 1 даст 5. В двоичном виде 11 представляется как 1011, что будучи смещённым на 1 бит вправо, даёт 101, а это, в свою очередь, не что иное как десятичное 5
&	Побитовое И	Побитовая операция И над числами	5 & 3 даёт 1.
|	Побитовое ИЛИ	Побитовая операция ИЛИ над числами	5 | 3 даёт 7
^	Побитовое ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИЛИ	Побитовая операция ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИЛИ	5 ^ 3 даёт 6
~	Побитовое НЕ	Побитовая операция НЕ для числа x соответствует -(x+1)	~5 даёт -6.
<	Меньше	Определяет, верно ли, что x меньше y. Все операторы сравнения возвращают True или False [1]. Обратите внимание на заглавные буквы в этих словах.	5 < 3 даст False, а 3 < 5 даст True. Можно составлять произвольные цепочки сравнений: 3 < 5 < 7 даёт True.
>	Больше	Определяет, верно ли, что x больше y	5 > 3 даёт True. Если оба операнда - числа, то перед сравнением они оба преобразуются к одинаковому типу. В противном случае всегда возвращается False.
<=	Меньше или равно	Определяет, верно ли, что x меньше или равно y	x = 3; y = 6; x <= y даёт True.
>=	Больше или равно	Определяет, верно ли, что x больше или равно y	x = 4; y = 3; x >= 3 даёт True.
==	Равно	Проверяет, одинаковы ли объекты	x = 2; y = 2; x == y даёт True. x = 'str'; y = 'stR'; x == y даёт False. x = 'str'; y = 'str'; x == y даёт True.
!=	Не равно	Проверяет, верно ли, что объекты не равны	x = 2; y = 3; x != y даёт True.
not	Логическое НЕ	Если x равно True, оператор вернёт False. Если же x равно False, получим True.	x = True; not x даёт False.
and	Логическое И	x and y даёт False, если x равно False , в противном случае возвращает значение y	x = False; y = True; x and y возвращает False, поскольку x равно False. В этом случае Python не станет проверять значение y, так как уже знает, что левая часть выражения ‘and’ равняется False, что подразумевает, что и всё выражение в целом будет равно False, независимо от значений всех остальных операндов. Это называется укороченной оценкой булевых (логических) выражений.
or	Логическое ИЛИ	Если x равно True, в результате получим True, в противном случае получим значение y	x = True; y = False; x or y даёт True. Здесь также может производиться укороченная оценка выражений.

Краткая запись мат. операций и присваивания

Зачастую результат проведения некой математической операции необходимо присвоить переменной, над которой эта операция производилась. Для этого существуют краткие формы записи выражений:

Вы можете записать:

a = 2; a = a * 3

в виде:

a = 2; a *= 3

Обратите внимание, что выражения вида “переменная = переменная операция выражение” принимает вид “переменная операция = выражение”.

Порядок вычисления

Если имеется выражение вида 2 + 3 * 4, что производится раньше: сложение или умножение? Школьный курс математики говорит нам, что умножение должно производиться в первую очередь. Это означает, что оператор умножения имеет более высокий приоритет, чем оператор сложения.

Следующая таблица показывает приоритет операторов в Python, начиная с самого низкого (самое слабое связывание) и до самого высокого (самое сильное связывание). Это означает, что в любом выражении Python сперва вычисляет операторы и выражения, расположенные внизу таблицы, а затем операторы выше по таблице.

Эта таблица взята из Справочника по языку Python (англ.) и приводится здесь для полноты описания. На практике лучше использовать скобки для группировки операторов и операндов, чтобы в явном виде указать порядок вычисления выражений. Заодно это облегчит чтение программы. Более подробно см. в разделе Изменение порядка вычисления ниже.

Приоритет операторов

Оператор	Описание
lambda	лямбда-выражение
or	Логическое “ИЛИ”
and	Логическое “И”
not x	Логическое “НЕ”
in, not in	Проверка принадлежности
is, is not	Проверка тождественности
<, <=, >, >=, !=, ==	Сравнения
|	Побитовое “ИЛИ”
^	Побитовое “ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО ИЛИ”
&	Побитовое “И”
<<, >>	Сдвиги
+, -	Сложение и вычитание
*, /, //, %	Умножение, деление, целочисленное деление и остаток от деления
+x, -x	Положительное, отрицательное
~x	Побитовое НЕ
**	Возведение в степень
x.attribute	Ссылка на атрибут
x[индекс]	Обращение по индексу
x[индекс1:индекс2]	Вырезка
f(аргументы ...)	Вызов функции
(выражения, ...)	Связка или кортеж [2]
[выражения, ...]	Список
{ключ:данные, ...}	Словарь

Операторы, о которых мы не упомянули, будут объяснены в дальнейших главах.

В этой таблице операторы с равным приоритетом расположены в одной строке. Например, + и - имеют равный приоритет.

Изменение порядка вычисления

Для облегчения чтения выражений можно использовать скобки. Например, 2 + (3 * 4) определённо легче понять, чем 2 + 3 * 4, которое требует знания приоритета операторов. Как и всё остальное, скобки нужно использовать разумно (не перестарайтесь) и избегать излишних, как в (2 + (3 * 4)).

Есть ещё одно преимущество в использовании скобок – они дают возможность изменить порядок вычисления выражений. Например, если сложение необходимо произвести прежде умножения, можно записать нечто вроде (2 + 3) * 4.

Ассоциативность

Операторы обычно обрабатываются слева направо. Это означает, что операторы с равным приоритетом будут обработаны по порядку от левого до правого. Например, 2 + 3 + 4 обрабатывается как (2 + 3) + 4.

Выражения

Пример (сохраните как expression.py):

length = 5
breadth = 2

area = length * breadth
print('Площадь равна', area)
print('Периметр равен', 2 * (length + breadth))

Вывод:

$ python expression.py
Площадь равна 10
Периметр равен 14

Как это работает:

Длина и ширина прямоугольника хранятся в переменных length и breadth соответственно. Мы используем их для вычисления периметра и площади прямоугольника при помощи выражений. Результат выражения length * breadth сохраняется в переменной area, после чего выводится на экран функцией print. Во втором случае мы напрямую подставляем значение выражения 2 * (length + breadth) в функцию print.

Также обратите внимание, как Python “красиво печатает” результат. Несмотря на то, что мы не указали пробела между 'Площадь равна' и переменной area, Python подставляет его за нас, чтобы получить красивый и понятный вывод. Программа же остаётся при этом легкочитаемой (поскольку нам не нужно заботиться о пробелах между строками, которые мы выводим). Это пример того, как Python облегчает жизнь программисту.

Резюме

Мы увидели, как пользоваться операторами, операндами и выражениями. Это основные строительные блоки любой программы. Далее мы увидим, как это применить на практике.

Примечания

[1]	“True” - англ. “Верно (Правда)”; “False” - англ. “Ошибочно (Ложь)”. (прим. перев.)

[2]	“tuple” - англ. “кортеж” (прим. перев.)