Python 3 入门与进阶(五):变量与运算符

大家好，我是煜道。

今天我们一起来学习 变量与运算符。

引言

变量是程序中存储数据的基本单元，而运算符则是对数据进行运算的符号。 在任何编程语言中，理解变量和运算符的工作原理都是编程的基础。Python的变量和运算符设计简洁直观，但背后蕴含着值得深入理解的原理。

本文将详细探讨Python变量的本质、命名规则、内存模型，以及各类运算符的行为特性。特别关注值类型与引用类型的区别、运算符的优先级与结合性，以及Python特有的身份运算符等知识点。

01 变量的本质

1.1 变量是什么

在Python中，变量实际上是一个名字（标识符），它绑定到一个对象上。变量与对象的关系可以类比为标签与物品：变量是贴在物品上的标签，标签可以贴在不同的物品上，也可以被取下。

a = 10# 创建一个整数对象10# 将变量名a绑定到该对象a = 20# 创建新的整数对象20# 将变量名a重新绑定到新对象# 原对象10如果没有其他引用，将被垃圾回收

1.2 变量命名规则

Python标识符（变量名、函数名、类名等）的命名规则：

1. 必须以字母（a-z, A-Z）或下划线（_）开头。
2. 后续字符可以是字母、数字或下划线。
3. 区分大小写。
4. 不能使用Python关键字。

# 合法的变量名name = "Python"_age = 25version_3_12 = True__private_var = 100# 非法的变量名# 2nd_place = "silver"  # 不能以数字开头# class = "test"        # 不能使用关键字

1.3 Python关键字

Python保留了一组关键字，这些关键字有特殊的语法含义，不能用作变量名：

import keywordprint(keyword.kwlist)# ['False', 'None', 'True', 'and', 'as', 'assert', 'async', 'await',#  'break', 'class', 'continue', 'def', 'del', 'elif', 'else', 'except',#  'finally', 'for', 'from', 'global', 'if', 'import', 'in', 'is',#  'lambda', 'nonlocal', 'not', 'or', 'pass', 'raise', 'return', 'try',#  'while', 'with', 'yield']

1.4 命名惯例

虽然Python不强制命名风格，但社区形成了一些惯例：

02 值类型与引用类型

2.1 可变对象与不可变对象

Python中的对象可以分为可变对象和不可变对象：

# 不可变对象s = "hello"# s[0] = 'H'  # TypeError: str object does not support item assignments = "Hello"# 创建新对象# 可变对象lst = [1, 2, 3]lst[0] = 100# 允许修改print(lst)    # [100, 2, 3]

2.2 值传递与引用传递

Python采用"对象引用传递"方式。当将变量赋值给另一个变量时，两者指向同一个对象：

# 不可变对象a = 10b = aa = 20print(b)  # 10（b不受影响）# 可变对象lst1 = [1, 2, 3]lst2 = lst1lst1[0] = 100print(lst2)  # [100, 2, 3]（lst2也改变）

2.3 浅拷贝与深拷贝

处理可变对象时，经常需要创建副本：

original = [1, [2, 3], 4]# 浅拷贝：只复制第一层shallow = original.copy()shallow[0] = 100# 修改不影响原列表shallow[1].append(5)    # 影响原列表（嵌套对象相同）print(original)  # [1, [2, 3, 5], 4]# 深拷贝：递归复制所有层级import copydeep = copy.deepcopy(original)deep[1].append(6)       # 不影响原列表print(original)  # [1, [2, 3, 5], 4]# 切片拷贝（浅拷贝）shallow2 = original[:]

2.4 元组的特殊性

元组虽然不可变，但如果包含可变元素，则元素本身可以被修改：

t = (1, [2, 3], 4)# t[0] = 100  # 错误：元组不可变t[1].append(100)  # 允许：修改元组内的列表print(t)  # (1, [2, 3, 100], 4)

03 运算符分类

3.1 运算符一览

Python的运算符可以分为以下几类：

3.2 算术运算符

a = 10b = 3# 基本算术print(a + b)    # 13print(a - b)    # 7print(a * b)    # 30print(a / b)    # 3.333...（浮点数）print(a // b)   # 3（整除）print(a % b)    # 1（取余）print(a ** b)   # 1000（幂）# 字符串算术s = "Python"print(s + " 3.12")  # 拼接print(s * 3)        # 重复："PythonPythonPython"# 列表算术lst = [1, 2]print(lst + [3, 4])  # [1, 2, 3, 4]print(lst * 2)       # [1, 2, 1, 2]

3.3 比较运算符

比较运算符可以链式使用：

# 基本比较print(10 > 5)     # Trueprint(10 == 10)   # Trueprint(10 != 5)    # True# 链式比较（Python特性）print(1 < 2 < 3)        # True（等价于1<2 and 2<3）print(10 < 20 > 15)     # Trueprint(1 == 2 < 3)       # True（2<3为True，再与1==比较）# 不同类型比较print(10 < "20")     # TypeError（Python 3不允许）print(10 == 10.0)    # True（不同数值类型可比较）print([1, 2] < [1, 3])  # True（列表逐元素比较）

3.4 逻辑运算符

逻辑运算符遵循短路求值规则：

# and：全真为真print(TrueandTrue)    # Trueprint(TrueandFalse)   # Falseprint(3and5)          # 5（返回最后一个真值）print(0and5)          # 0（短路：遇到0即返回）# or：一真为真print(TrueorFalse)    # Trueprint(FalseorFalse)   # Falseprint(3or5)           # 3（返回第一个真值）print(0or5)           # 5# not：取反print(notTrue)         # Falseprint(not0)            # Trueprint(not [])           # True（空列表为假）# 实际应用defdivide(a, b):return b != 0and a / b  # 短路避免除零错误print(divide(10, 2))    # 5.0print(divide(10, 0))    # False

3.5 位运算符

位运算符直接操作整数的二进制位：

x = 0b1100# 12y = 0b1010# 10# 按位与print(x & y)   # 0b1000 = 8# 按位或print(x | y)   # 0b1110 = 14# 按位异或print(x ^ y)   # 0b0110 = 6# 按位取反print(~x)      # -13（补码表示）# 左移print(x << 2)  # 0b110000 = 48# 右移print(x >> 2)  # 0b11 = 3# 实用技巧# 判断奇偶n = 10print(n & 1)   # 0（偶数）print(9 & 1)   # 1（奇数）# 快速乘除2print(10 << 1)  # 20（乘2）print(10 >> 1)  # 5（除2）# 交换数值a = 5b = 10a ^= bb ^= aa ^= bprint(a, b)  # 10, 5

3.6 成员运算符

成员运算符测试值是否在序列中：

# in运算符s = "Python"print('P'in s)      # Trueprint('p'in s)      # False（大小写敏感）print('th'in s)     # Truelst = [1, 2, 3, 4, 5]print(3in lst)      # Trueprint(6in lst)      # Falsed = {'a': 1, 'b': 2}print('a'in d)      # True（测试键）print(1in d)        # False# not inprint('z'notin s)  # True

3.7 身份运算符

身份运算符is和is not用于比较对象的身份（内存地址）：

# == 比较值# is 比较身份（内存地址）a = [1, 2, 3]b = [1, 2, 3]c = aprint(a == b)   # True（值相等）print(a is b)   # False（不同对象）print(a is c)   # True（同一个对象）# 小整数缓存x = 257y = 257print(x is y)   # False（超出缓存范围）x = 256y = 256print(x is y)   # True（在缓存范围内）# None判断val = Noneprint(val isNone)     # Trueprint(val isnotNone) # False

3.8 三元表达式

Python的三元表达式语法独特：

# 语法：value_if_true if condition else value_if_falsex = 10y = 20max_val = x if x > y else y  # 20min_val = x if x < y else y  # 10# 嵌套使用status = "正数"if x > 0else"零"if x == 0else"负数"

04 运算符优先级

4.1 优先级表

从高到低的运算符优先级：

4.2 使用建议

当不确定优先级时，使用括号明确意图：

# 清晰写法result = (a + b) * cresult = (x > 0) and (y > 0)# 依赖优先级（可能引起困惑）result = a + b * cresult = a and b or c

05 赋值语句详解

5.1 简单赋值

a = 10# 基本赋值a = b = 10# 链式赋值（都指向同一对象）a, b = 10, 20# 元组解包a, b = b, a     # 交换值

5.2 增强赋值

a = 10a += 5# 等价于 a = a + 5a -= 3a *= 2a /= 2a //= 2a %= 3a **= 2# 注意：对于不可变对象，增强赋值会创建新对象x = 10print(id(x))    # 140...x += 5print(id(x))    # 不同的地址

5.3 解包赋值

# 基本解包a, b, c = 1, 2, 3# 使用*号收集多余元素first, *rest = [1, 2, 3, 4, 5]print(first, rest)  # 1 [2, 3, 4, 5]*beginning, last = [1, 2, 3, 4, 5]print(beginning, last)  # [1, 2, 3, 4] 5first, middle, last = [1, 2, 3]print(first, middle, last)  # 1 2 3# 扩展解包（Python 3）a, *b, c = [1, 2, 3, 4, 5]print(a, b, c)  # 1 [2, 3, 4] 5

06 小结

本文深入探讨了Python的变量和运算符：

1. 变量本质：变量是对象的引用，而非容器
2. 值类型与引用类型：不可变对象与可变对象在赋值时的行为差异
3. 运算符分类：算术、比较、逻辑、位、赋值、成员、身份运算符
4. 运算符优先级：使用括号明确意图是最佳实践
5. 赋值语句：简单赋值、增强赋值、解包赋值的多种形式

理解这些基础知识对于编写正确的Python代码至关重要，也为后续学习函数式编程、面向对象等高级主题打下基础。