第10集：运算符优先级

本集学习目标

• 理解运算符优先级的概念
• 掌握Python中各类运算符的优先级规则
• 学会使用括号明确运算顺序
• 通过实际练习巩固运算符优先级的使用

什么是运算符优先级？

运算符优先级决定了在一个包含多个运算符的表达式中，运算的执行顺序。优先级高的运算符会先被计算，优先级低的运算符后被计算。

例如，在表达式 2 + 3 * 4 中，由于乘法运算符 * 的优先级高于加法运算符 +，所以会先计算 3 * 4 = 12，然后计算 2 + 12 = 14，结果是 14，而不是 20。

Python运算符优先级表（从高到低）

重要提示：同一优先级的运算符从左到右计算（幂运算 ** 除外，它是从右到左计算）。

详细讲解各类运算符

1. 括号 () - 最高优先级

括号用于改变运算顺序，括号内的表达式总是优先计算。

# 不使用括号
result1 = 2 + 3 * 4  # 14，先算乘法
print(result1)

# 使用括号
result2 = (2 + 3) * 4  # 20，先算括号内的加法
print(result2)

2. 幂运算 **

幂运算符用于计算一个数的幂。

# 幂运算从右到左计算
result = 2 ** 3 ** 2  # 相当于 2 ** (3 ** 2) = 2 ** 9 = 512
print(result)  # 输出：512

3. 一元运算符 +x, -x, ~x

一元运算符只对一个操作数进行运算。

# 正号
x = +5
print(x)  # 输出：5

# 负号
y = -5
print(y)  # 输出：-5

# 按位取反
z = ~5  # ~x = -x - 1
print(z)  # 输出：-6

4. 乘、除、整除、取余

这些运算符的优先级相同，从左到右计算。

# 乘法
print(3 * 4)  # 输出：12

# 除法
print(10 / 3)  # 输出：3.3333...

# 整除
print(10 // 3)  # 输出：3

# 取余
print(10 % 3)  # 输出：1

# 组合运算
result = 10 / 2 * 5  # 从左到右：先除后乘
print(result)  # 输出：25.0

5. 加、减

加法和减法优先级相同，从左到右计算。

# 加法
print(5 + 3)  # 输出：8

# 减法
print(10 - 4)  # 输出：6

# 组合运算
result = 10 + 5 - 3  # 从左到右
print(result)  # 输出：12

6. 按位移位运算符 <<, >>

用于对整数的二进制位进行左移或右移。

# 左移：相当于乘以2的幂
print(5 << 2)  # 5 * 2^2 = 20

# 右移：相当于整除以2的幂
print(20 >> 2)  # 20 // 2^2 = 5

7. 按位与、异或、或

这些是二进制位运算符。

# 按位与
print(5 & 3)  # 5(101) & 3(011) = 1(001)

# 按位异或
print(5 ^ 3)  # 5(101) ^ 3(011) = 6(110)

# 按位或
print(5 | 3)  # 5(101) | 3(011) = 7(111)

8. 比较、身份、成员运算

这些运算符用于比较两个值。

# 比较运算
print(5 > 3)  # True
print(5 == 5)  # True
print(5 != 3)  # True

# 身份运算符
x = [1, 2, 3]
y = [1, 2, 3]
print(x is y)  # False（不同的对象）
print(x is not y)  # True

# 成员运算符
print(3 in [1, 2, 3])  # True
print(4 not in [1, 2, 3])  # True

9. 逻辑运算符

逻辑运算符用于布尔运算。

# 逻辑非
print(not True)  # False
print(not False)  # True

# 逻辑与（短路与）
print(True and True)  # True
print(True and False)  # False

# 逻辑或（短路或）
print(True or False)  # True
print(False or False)  # False

# 逻辑运算符优先级示例
result = True or False and False  # 等价于 True or (False and False)
print(result)  # True，因为or优先级低于and

运算符优先级实际案例

案例1：混合运算

# 复杂表达式分析
result = 2 + 3 * 4 ** 2 - 1

# 计算过程：
# 1. 幂运算：4 ** 2 = 16
# 2. 乘法：3 * 16 = 48
# 3. 加法：2 + 48 = 50
# 4. 减法：50 - 1 = 49

print(result)  # 输出：49

案例2：逻辑运算符组合

# 逻辑运算符优先级
x = True
y = False
z = True

# 先算not，再算and，最后算or
result = x or not y and z
# 计算过程：
# 1. not y = True
# 2. True and z = True
# 3. x or True = True

print(result)  # 输出：True

案例3：比较和逻辑运算符

# 比较和逻辑运算符的组合
x = 5
y = 10
z = 15

result = x < y and y < z
print(result)  # 输出：True（5 < 10 < 15）

案例4：整除和取余

# 整除和取余的组合运算
number = 17
hours = number // 60
minutes = number % 60
print(f"{hours}小时{minutes}分钟")  # 输出：0小时17分钟

如何避免优先级混乱？

使用括号明确运算顺序

当表达式的优先级不清晰时，使用括号是最安全的方式。

# 不清晰的表达式
result1 = 2 + 3 * 4  # 可能有人会误以为是20

# 使用括号明确
result2 = 2 + (3 * 4)  # 明确表示先算乘法
result3 = (2 + 3) * 4  # 明确表示先算加法

将复杂表达式分解

将复杂表达式分解为多个简单的表达式，提高可读性。

# 复杂表达式
result = (a + b) * (c - d) / (e ** 2)

# 分解为多行
temp1 = a + b
temp2 = c - d
temp3 = e ** 2
result = temp1 * temp2 / temp3

常见错误与注意事项

错误1：误判优先级

# 错误：以为会先算加法
result = 2 + 3 * 4  # 结果是14，不是20

解决方法：使用括号明确运算顺序 (2 + 3) * 4 = 20

错误2：逻辑运算符优先级混乱

# 错误：误以为or优先级高于and
result = True or False and False  # 结果是True，不是False

解决方法：使用括号 True or (False and False)

错误3：幂运算的右结合性

# 错误：以为是从左到右计算
result = 2 ** 3 ** 2  # 结果是512（2**9），不是64（8**2）

解决方法：使用括号 (2 ** 3) ** 2 = 64

本集小结

1. 运算符优先级决定了表达式中运算的执行顺序
2. 括号具有最高优先级，可以改变默认的运算顺序
3. 幂运算是唯一从右到左计算的运算符
4. 逻辑运算符优先级：not > and > or
5. 比较运算符的优先级低于算术运算符
6. 使用括号可以避免优先级混乱
7. 将复杂表达式分解可以提高代码可读性

课后练习

练习1：计算表达式

不使用Python，手动计算以下表达式的结果：

a) 2 + 3 * 4 - 1
b) (2 + 3) * 4 - 1
c) 2 + 3 * (4 - 1)
d) 10 / 2 + 3 * 5
e) 10 / (2 + 3) * 5

练习2：添加括号

为以下表达式添加括号，使其按照不同的顺序计算，并说明结果：

result = 5 + 3 * 2 ** 2 - 1

练习3：逻辑表达式

分析以下逻辑表达式并写出计算过程：

a) True or False and True
b) not True and False or True
c) True and not False or False

练习4：编程练习

编写一个程序，计算并显示以下表达式的结果：

# 要求：先计算预期结果，然后用Python验证
expr1 = (10 + 5) * (3 - 1) / 2
expr2 = 10 + 5 * 3 - 1 / 2
expr3 = 2 ** 3 ** 2
expr4 = (2 ** 3) ** 2

下集预告

下一集我们将学习第11集：if条件语句基础，这是Python编程中最重要的流程控制语句之一。通过条件语句，我们可以让程序根据不同的条件执行不同的代码，实现智能化的判断和决策。

敬请期待！