一、运算符分类总览

1. Python运算符全景图

2. 运算符优先级表

表1.3.1 Python运算符优先级（从高到低）

二、算术运算符

1. 基本算术运算

# 加减乘除
a = 10 + 3  # 13
b = 10 - 3  # 7
c = 10 * 3  # 30
d = 10 / 3  # 3.333...

# 地板除与取模
e = 10 // 3 # 3 (向下取整)
f = 10 % 3  # 1 (余数)

# 指数运算
g = 10 ** 3 # 1000

2. 增强型赋值运算

x = 5
x += 3      # 等价于 x = x + 3
x **= 2     # x = x ** 2

# 注意可变对象差异
lst = [1, 2]
lst2 = lst
lst += [3]  # 原地修改，lst和lst2都变为[1,2,3]
lst = lst + [4]  # 新建对象，仅lst变化

三、比较与逻辑运算

1. 比较运算符链式写法

# 传统写法
if 0 < x and x < 10:
    pass

# Python链式比较
if 0 < x < 10:
    pass

# 支持多个比较
a = b = 5
if 1 <= a == b <= 10:
    print("a和b都在1到10之间且相等")

2. 逻辑运算短路特性

def check(x):
    print(f"检查{x}")
    return x > 0

# and运算短路
False and check(1)  # check(1)不会执行

# or运算短路
True or check(1)    # check(1)不会执行

# 实际应用
name = input("姓名: ") or "匿名用户"

四、位运算符

1. 位运算基础

a = 0b1100  # 12
b = 0b1010  # 10

a & b   # 0b1000 (8)  按位与
a | b   # 0b1110 (14) 按位或
a ^ b   # 0b0110 (6)  按位异或
~a      # -13        按位取反(补码表示)
a << 2  # 0b110000 (48) 左移
a >> 1  # 0b0110 (6)   右移

2. 位运算应用

# 奇偶判断
num & 1  # 1为奇数，0为偶数

# 快速乘除2的幂次
x << n  # x * 2^n
x >> n  # x // 2^n

# 交换变量(不使用临时变量)
a ^= b
b ^= a
a ^= b

五、特殊运算符应用

1. 海象运算符(:=)

# Python 3.8+ 引入
while (line := input("输入: ")) != "quit":
    print(f"你输入了: {line}")

# 列表推导中使用
data = [y for x in range(5) if (y := x**2) > 3]

2. 身份运算符(is/is not)

# 与==的区别
a = [1, 2]
b = [1, 2]
a == b  # True (值相等)
a is b  # False (不同对象)

# 小整数池现象(CPython优化)
x = 256
y = 256
x is y  # True

六、表达式求值机制

1. 求值顺序图解

2. 表达式中的类型转换

# 隐式类型转换
3 + 4.5    # int → float
True + 2   # bool → int (True=1)

# 显式类型转换
int(3.9)   # 3 (截断小数)
float(3)   # 3.0
str(True)  # "True"

七、运算符应用举例

1. 安全除法函数

def safe_divide(dividend, divisor):
    """带错误检查的除法运算
    
    Args:
        dividend: 被除数
        divisor: 除数
        
    Returns:
        除法结果或None
    """
    try:
        # 使用海象运算符同时检查非零和类型
        if isinstance(divisor, (int, float)) and (abs_div := abs(divisor)) > 1e-10:
            return dividend / divisor
        print("错误: 除数必须是非零数值")
    except TypeError:
        print("错误: 参数必须是数值类型")
    return None

# 测试用例
print(safe_divide(10, 3))    # 3.333...
print(safe_divide(10, 0))    # 错误提示
print(safe_divide("10", 2))  # 错误提示

2. 位操作权限

class PermissionSystem:
    """使用位运算实现的权限系统"""
    READ = 0b0001
    WRITE = 0b0010
    EXECUTE = 0b0100
    ADMIN = 0b1000
    
    def __init__(self):
        self.permissions = 0
        
    def add(self, permission):
        """添加权限"""
        self.permissions |= permission
        
    def remove(self, permission):
        """移除权限"""
        self.permissions &= ~permission
        
    def has(self, permission):
        """检查权限"""
        return (self.permissions & permission) == permission
    
    def __str__(self):
        return bin(self.permissions)

# 使用示例
user = PermissionSystem()
user.add(PermissionSystem.READ | PermissionSystem.WRITE)
print(f"权限: {user}")  # 0b11

if user.has(PermissionSystem.READ):
    print("有读取权限")

八、常见错误

1. 运算符常见错误表

表1.3.2 运算符常见错误

2. 调试技巧

# 使用括号明确优先级
result = (2 ** (3 + 1)) * 4  # 比 2**3+1*4 更清晰

# 分步调试复杂表达式
temp1 = x ** 2
temp2 = y * 3
final = temp1 + temp2

# 使用pprint查看复杂表达式
from pprint import pprint
pprint(expr, width=20)

学习总结

关键记忆点：

1. 牢记运算符优先级，不确定时使用括号
2. 理解比较运算符的链式写法特性
3. 掌握逻辑运算符的短路求值行为
4. 位运算适合处理标志位和权限控制
5. 区分==值相等和is身份相等
6. Python 3.8+ 海象运算符简化代码

推荐练习：

1. 编写复数计算器（支持+-*/）
2. 实现安全评估函数（处理各种运算符）
3. 开发位运算加密工具
4. 创建购物车折扣计算系统（结合多种运算符）

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