Operatory w Pythonie: arytmetyczne, porównania, logiczne, in oraz is

Operatory to po prostu symbole działań

Operator to symbol (albo krótkie słowo kluczowe), który mówi Pythonowi, żeby zrobił coś z jedną lub dwiema wartościami: dodał je, porównał albo sprawdził, czy jedna zawiera drugą. Kilka znasz już z podstaw matematyki; Python ma ich jeszcze garść do logiki, zawierania i tożsamości.

Przejdziemy po kolei przez główne kategorie.

Operatory arytmetyczne

Standardowe operatory matematyczne plus kilka specjalności Pythona:

print(10 + 3)   # 13
print(10 - 3)   # 7
print(10 * 3)   # 30
print(10 / 3)   # 3.3333333...: / zawsze zwraca float
print(10 // 3)  # 3: dzielenie całkowite, odrzuca resztę
print(10 % 3)   # 1: modulo, reszta z dzielenia
print(10 ** 3)  # 1000: potęgowanie

Dwie rzeczy z tej listy łatwo zapomnieć:

• / zwraca float, nawet gdy obie strony są liczbami całkowitymi. 10 / 2 daje 5.0. Do dzielenia całkowitego użyj //.
• % to modulo. n % 2 == 0 to najczystszy sposób sprawdzenia, czy n jest parzyste.

Python stosuje standardową kolejność działań: ** wiąże silniej niż * i /, a te silniej niż + i -. Nawiasy mają pierwszeństwo przed wszystkim:

print(2 + 3 * 4)      # 14, a nie 20
print((2 + 3) * 4)    # 20

Gdy masz jakiekolwiek wątpliwości, nie żałuj nawiasów. Nic nie kosztują, a zamiar staje się oczywisty.

Operatory porównania

Sześć porównań, każde zwraca wartość logiczną:

print(5 == 5)    # True: równe?
print(5 != 6)    # True: różne?
print(5 < 6)     # True
print(5 <= 5)    # True
print(6 > 5)     # True
print(6 >= 6)    # True

Python pozwala łączyć porównania w łańcuchy, co jest nietypowe i przydatne:

age = 25

if 18 <= age < 65:
    print("Working age")

Czyta się to jako "age wynosi co najmniej 18 i mniej niż 65". Pod spodem jest to równoważne 18 <= age and age < 65, ale wygląda bardziej jak zapis matematyczny.

Operatory logiczne

Zapisywane jako angielskie słowa, a nie symbole:

logged_in = True
is_admin = False

print(logged_in and is_admin)   # False: obie strony muszą być true
print(logged_in or is_admin)    # True: przynajmniej jedna musi być true
print(not logged_in)            # False: odwraca wartość logiczną

Dwa szczegóły, które warto znać:

Obliczanie skrócone. and zatrzymuje się na pierwszej wartości falsy; or zatrzymuje się na pierwszej wartości truthy. Prawa strona nie jest nawet obliczana, jeśli lewa już rozstrzyga odpowiedź. Dzięki temu możesz bezpiecznie chronić się przed błędami:

name = None

# name.upper() wysypałoby się, gdyby name było None,
# ale obliczanie skrócone nas ratuje.
if name is not None and name.upper() == "ADMIN":
    print("Admin access")
else:
    print("Not admin")

and/or zwracają wartość, nie zawsze True/False. Zwracają ten operand, który rozstrzygnął wynik:

print(0 or "default")    # "default"
print("" or "default")   # "default"
print("value" or "fallback")  # "value"

print(1 and "end")       # "end"
print(0 and "never")     # 0

W prawdziwym kodzie zobaczysz name = user_input or "anonymous": to wzorzec wartości domyślnej zbudowany na tym zachowaniu.

Pełne zasady działania tych trzech operatorów, w tym to, które wartości są falsy, jaki priorytet mają względem siebie not, and i or oraz dlaczego and to nie to samo co &, znajdziesz na stronie and, or, not w Pythonie.

Operatory przypisania

= przypisuje. Formy złożone łączą działanie z przypisaniem:

n = 10

n += 5    # to samo co n = n + 5
n -= 2    # n = n - 2
n *= 3    # n = n * 3
n //= 2   # n = n // 2
n %= 4    # n = n % 4
n **= 2   # n = n ** 2

print(n)

Formy złożone działają też dla napisów (s += "more") i list (lst += [4, 5]). Nie są szybsze od pełnego zapisu, są po prostu krótsze.

Przynależność: in i not in

Sprawdzają, czy wartość występuje w kontenerze:

colors = ["red", "green", "blue"]

print("red" in colors)         # True
print("yellow" not in colors)  # True

text = "hello world"
print("world" in text)         # True
print("z" not in text)         # True

contacts = {"alice": 1, "bob": 2}
print("alice" in contacts)     # True (sprawdza klucze)

in działa na każdym obiekcie iterowalnym: listach, krotkach, zbiorach, napisach, słownikach i innych. Przy dużych wyszukiwaniach in na liście to O(n), a in na zbiorze albo słowniku to O(1). Ma to znaczenie, gdy sprawdzasz przynależność wiele razy.

Tożsamość: is i is not

is sprawdza, czy dwie zmienne wskazują ten sam obiekt w pamięci, a nie tylko równe wartości:

a = [1, 2, 3]
b = [1, 2, 3]
c = a

print(a == b)   # True: ta sama zawartość
print(a is b)   # False: różne obiekty
print(a is c)   # True: obie nazwy wskazują tę samą listę

Prawie zawsze chodzi ci o ==. Jedyne miejsce, gdzie is naprawdę błyszczy, to sprawdzanie None, True i False:

value = None

if value is None:
    print("no value")

Konwencja społeczności jest stanowcza: is None, a nie == None. Tak samo is True (choć rzadko jest potrzebne).

Operatory bitowe (przy pierwszym czytaniu możesz pominąć)

Python ma też operatory bitowe, &, |, ^, ~, <<, >>, do operowania na pojedynczych bitach liczby całkowitej. Przydają się w kryptografii, niskopoziomowej obsłudze sieci i niektórych algorytmach. Przy pierwszym podejściu możesz je spokojnie zignorować.

Operator walrus (:=)

Python 3.8 dodał :=, który w jednym wyrażeniu przypisuje i zwraca wartość. Przydaje się w warunkach, gdzie chcesz jednocześnie zapamiętać i sprawdzić wynik:

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

if (count := len(numbers)) > 3:
    print(f"Got {count} items - more than expected")

Bez operatora walrus trzeba by wywołać len(numbers) dwa razy albo dopisać dodatkową linię. Nie jest niezbędny; używaj go tam, gdzie ogranicza powtórzenia.

Ściąga z priorytetów operatorów

Od najsilniej do najsłabiej wiążących, dla operatorów, których faktycznie będziesz używać:

1. **: potęgowanie
2. *, /, //, %: mnożenie i dzielenie
3. +, -: dodawanie i odejmowanie
4. <, <=, >, >=, ==, !=: porównania
5. not
6. and
7. or

W razie wątpliwości dodaj nawiasy. Jasność wygrywa ze sprytem.