and, or, not trong Python: toán tử logic và short-circuit

Ba từ thay cho ký hiệu

Toán tử (operator) logic của Python là các từ tiếng Anh and, or và not. Những ngôn ngữ khác viết chúng là &&, || và !. Trong Python, && và || gây SyntaxError, còn ! chỉ xuất hiện trong != ("khác").

has_ticket = True
is_adult = False

print(has_ticket and is_adult)   # False: both must be true
print(has_ticket or is_adult)    # True: at least one is true
print(not is_adult)              # True: flips the value

Với True và False, quy tắc đúng như bạn nghĩ:

and cần cả hai vế đều đúng. or chỉ cần ít nhất một vế. not nhận một giá trị và đảo ngược nó.

Trong code thực tế, hai vế thường là phép so sánh, và kết quả được đưa vào if hoặc while:

age = 34
country = "CA"

if age >= 18 and country in ("US", "CA"):
    print("eligible")

if age < 13 or age > 65:
    print("discounted ticket")
else:
    print("standard ticket")

Đầu ra:

eligible
standard ticket

Chừng đó là đủ cho phần lớn điều kiện. Phần còn lại của trang này nói về những gì các toán tử làm với giá trị không phải True hay False, và những quy tắc quyết định vế nào của biểu thức được chạy.

Giá trị truthy và falsy

and, or và not nhận mọi giá trị, không chỉ boolean. Python quyết định một giá trị có được coi là đúng hay không dựa vào tính truthy của nó. Những giá trị sau là falsy:

• False và None
• số không của mọi kiểu số: 0, 0.0
• chuỗi và tập hợp rỗng: "", [], (), {}, set(), range(0)

Mọi thứ còn lại đều là truthy, kể cả "0", "False", [0] và -1. Bạn có thể xem Python phân loại một giá trị thế nào bằng bool():

for value in [0, 1, -1, "", "0", [], [0], None, 0.0]:
    print(repr(value), bool(value))

Đầu ra:

0 False
1 True
-1 True
'' False
'0' True
[] False
[0] True
None False
0.0 False

Chuỗi "0" là truthy vì đó là một chuỗi không rỗng. Điều này hay làm khó những ai đọc số từ đầu vào rồi kiểm tra trước khi chuyển kiểu. Trang về số và boolean giải thích mối quan hệ giữa bool và int.

and và or trả về một toán hạng

Đây là chỗ Python khác với phần lớn ngôn ngữ. and và or không tạo ra một True hay False mới. Chúng trả về một trong hai giá trị bạn đưa vào:

• x or y trả về x nếu x là truthy, ngược lại trả về y.
• x and y trả về x nếu x là falsy, ngược lại trả về y.

print(0 or 5)            # 5
print(3 or 5)            # 3
print("" or "guest")     # guest
print([] or None)        # None

print(0 and 5)           # 0
print(3 and 5)           # 5
print("a" and "b")       # b
print(None and 1 / 0)    # None, and no ZeroDivisionError

Khi cả hai toán hạng đều là boolean, "trả về một toán hạng" và "trả về một boolean" là một, vì thế sự khác biệt này không ai để ý cho đến khi bạn trộn thêm kiểu dữ liệu khác.

not là ngoại lệ: nó luôn trả về True hoặc False.

print(not 0)        # True
print(not "hi")     # False
print(not [])       # True

Nếu bạn cần một boolean thật sự từ biểu thức and/or, chẳng hạn để lưu lại hoặc trả về từ một hàm hứa hẹn trả về bool, hãy bọc nó trong bool():

name = "Ada"
email = ""

print(name and email)         # prints an empty line: the value is ""
print(bool(name and email))   # False

Đánh giá short-circuit

Python đánh giá and và or từ trái sang phải và dừng ngay khi đã biết kết quả:

• and dừng ở giá trị falsy đầu tiên, vì không gì phía sau có thể làm cả biểu thức thành đúng.
• or dừng ở giá trị truthy đầu tiên, vì không gì phía sau có thể làm cả biểu thức thành sai.

Vế bị bỏ qua hoàn toàn không được chạy. Bạn có thể thấy điều này qua các hàm in ra khi được gọi:

def check(label, result):
    print(f"  checking {label}")
    return result

print("and:")
print(check("A", False) and check("B", True))

print("or:")
print(check("A", True) or check("B", False))

Đầu ra:

and:
  checking A
False
or:
  checking A
True

B không bao giờ được kiểm tra trong cả hai trường hợp. Chính short-circuit giúp các điều kiện bảo vệ trở nên an toàn. Nửa sau của mỗi điều kiện dưới đây sẽ gây lỗi nếu chạy riêng, nhưng nó chỉ chạy sau khi nửa đầu đã loại trừ trường hợp xấu:

user = None
items = []

if user is not None and user.startswith("admin"):
    print("admin")
else:
    print("not an admin")

if items and items[0] > 10:
    print("first item is large")
else:
    print("no large first item")

Đặt phép kiểm tra rẻ hoặc mang tính bảo vệ lên trước. Nếu đảo thứ tự thành user.startswith("admin") and user is not None, bạn sẽ gặp AttributeError khi user là None.

Những mẫu code dựa trên or và and

Vì or trả về toán hạng truthy đầu tiên, nó cho bạn một cách đặt giá trị mặc định trên một dòng:

def greet(name):
    name = name or "guest"
    print(f"Hello, {name}!")

greet("Ada")
greet("")
greet(None)

Đầu ra:

Hello, Ada!
Hello, guest!
Hello, guest!

Điểm cần lưu ý là or thay thế mọi giá trị falsy, không chỉ None. Nếu 0, "" hay [] là đầu vào hợp lệ, or sẽ vứt nó đi:

volume = 0
print(volume or 50)                           # 50: the 0 was replaced

print(volume if volume is not None else 50)   # 0: only None is replaced

Dùng x if x is not None else default khi số không hoặc giá trị rỗng là hợp lệ. Trang if/else giải thích biểu thức điều kiện đó.

and cũng có một mẫu tương ứng: "chỉ dùng giá trị này nếu giá trị đầu đã có". Mẫu này ít gặp hơn và thường viết thành if sẽ rõ hơn, nên hãy dùng tiết chế:

user = {"name": "Ada"}
print(user and user["name"])   # Ada

user = None
print(user and user["name"])   # None

Thứ tự ưu tiên: not, rồi and, rồi or

Khi một biểu thức trộn cả ba, Python áp dụng not trước, rồi and, rồi or. Các phép so sánh như ==, < và in được áp dụng trước tất cả.

a, b, c = True, False, False

print(a or b and c)      # True: read as a or (b and c)
print((a or b) and c)    # False
print(not a or b)        # False: read as (not a) or b
print(not (a or b))      # False
print(not 1 == 2)        # True: read as not (1 == 2)

a or b and c và (a or b) and c cho kết quả khác nhau với cùng giá trị, vì vậy điều kiện hỗn hợp nên có dấu ngoặc kể cả khi thứ tự mặc định tình cờ đúng. Dấu ngoặc chẳng tốn gì và giúp người đọc sau không phải băn khoăn.

and/or so với &/|

& và | trông giống and và or, đôi khi còn cho cùng kết quả, nhưng chúng là những toán tử khác nhau.

• and / or kiểm tra tính truthy, có short-circuit và trả về một trong các toán hạng.
• & / | là toán tử bitwise. Với số nguyên, chúng kết hợp các bit của hai số. Với set, chúng là phép giao và phép hợp. Với True và False, chúng trả về boolean. Chúng không bao giờ short-circuit: cả hai vế luôn được đánh giá.

print(6 and 3)   # 3: 6 is truthy, so and returns the second operand
print(6 & 3)     # 2: 110 & 011 = 010 in binary

print(6 or 3)    # 6
print(6 | 3)     # 7: 110 | 011 = 111

print({1, 2, 3} & {2, 3, 4})   # {2, 3}
print(True & False)             # False

Toán tử bitwise còn có độ ưu tiên cao hơn phép so sánh, khiến một điều kiện viết bằng & biến thành thứ hoàn toàn khác:

x, y = 5, 5

print(x > 1 and y > 1)     # True
print(x > 1 & y > 1)       # False: read as x > (1 & y) > 1
print((x > 1) & (y > 1))   # True, but the parentheses are required

1 & y là 1 & 5, tức là 1, nên dòng ở giữa trở thành chuỗi so sánh 5 > 1 > 1, mà 1 > 1 là sai. Trong code Python thông thường, hãy dùng and, or và not cho điều kiện.

Chỗ duy nhất mà &, | và ~ là đúng cho điều kiện là NumPy và pandas. Một mảng chứa nhiều giá trị nên không có một giá trị đúng sai duy nhất, và and sẽ báo ValueError: The truth value of an array ... is ambiguous. Các thư viện này nạp chồng & và | để làm việc theo từng phần tử, đó là lý do bộ lọc pandas trông như df[(df.age > 18) & (df.country == "CA")], với dấu ngoặc quanh mỗi phép so sánh vì lý do độ ưu tiên đã nói ở trên.

any() và all(): and và or trên cả một list

Để kết hợp cả một dãy điều kiện, hãy dùng các hàm có sẵn all() (một phép and qua mọi phần tử) và any() (một phép or qua mọi phần tử). Cả hai đều short-circuit theo cùng cách:

scores = [72, 88, 95, 61]

print(all(s >= 60 for s in scores))   # True: every score passed
print(any(s >= 90 for s in scores))   # True: at least one A
print(any(s < 50 for s in scores))    # False

print(all([]))   # True: nothing failed
print(any([]))   # False: nothing passed

Khác với and và or, any() và all() luôn trả về boolean.

Những lỗi thường gặp

So sánh một biến với nhiều giá trị bằng or. Điều kiện này luôn đúng:

color = "green"

if color == "red" or "blue":
    print("matched (wrong!)")

if color == "red" or color == "blue":
    print("matched")
else:
    print("no match")

if color in ("red", "blue"):
    print("matched")
else:
    print("no match")

Python đọc điều kiện đầu tiên thành (color == "red") or "blue". Phép so sánh là False, nên or trả về "blue", một chuỗi không rỗng, tức là truthy. Hãy lặp lại phép so sánh ở cả hai vế, hoặc tốt hơn, kiểm tra bằng in.

Viết && hoặc ||. Cả hai đều gây SyntaxError. Dùng and và or.

Chờ đợi boolean từ and/or. x = a or b lưu chính a hoặc b. Thường đó là điều bạn muốn, nhưng nếu một hàm phải trả về True hoặc False, hãy chuyển đổi bằng bool().

Dựa vào thứ tự ưu tiên trong điều kiện hỗn hợp. a or b and c hợp lệ và có nghĩa rõ ràng, nhưng hãy thêm dấu ngoặc để không ai phải nhớ quy tắc.