Python编程技巧 – 使用组合运算符

Python Programming Skills – Using Combined Operators

Python通过赋值过程，将声明变量与赋值和而为之，可谓讲求效率。此外，在Python赋值运算符里，也有一个强大高效的功能，即复合运算符。

在进行常规运算时，算术运算符就够用了；但是，面对复杂的运算和多行代码的较大程序，我们仍然希望写出简洁高效的代码。这时候，我们可能要使用组合运算符。

1. 组合运算符

在Windows命令行，启动Python程序，并进入交互式编程环境。来看几个例子：

>>> n = 10
>>> n = n + 1
>>> n
11
>>> n = n * 2
>>> n
22
>>> m = 10
>>> m += 1
>>> m
11
>>>
>>> m *= 2
>>> m
22

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类似于n = n + 1之类的语句很普遍，类似于C/C++，在Python语言里，也可以进行简写形式。
例如，加减乘除取余，可用以下形式简写：

>>> x = 0
>>> x += 1
>>> x += 10
>>> x *= 2
>>>
>>> x -=3
>>> x /= 3
>>> x
6.333333333333333

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但是，在算术运算中，存在优先级。例如，幂运算就优先于乘法、除法和余数运算，而优先级为2的运算高于加法和减法。因此，必要的时候，要按照优先级在特定位置添加括号，才能够得到所需的结果：

hypot = (a * a + b * b) ** 0.5

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按照实际数字，hypot计算结果如下图所示：

>>> hypot = (3 * 3 + 4 * 4) ** 0.5
>>> hypot
5.0

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2. 使用组合运算符

前面介绍过组合赋值运算符。请记住实例，即赋值符号(=)可以与以下任何运算符组合：
+、-、*、/、%、、&、|、<<\、>>**

运算符&、|和^分别进行按位“与”、“或“和”异或“, 运算符<<和>>进行按位左移和按位右移。

• 首先，任何赋值运算符的优先级都较低，通常在最后执行。
• 其次，赋值运算符是否能就地修改，取决于被操作对象的类型是否可变。就地修改，是指对内存存储的数据进行操作，而不是创建对象。这样的操作更快且更加有效。

但是 ，赋值运算符与这些对象一起使用时不能够直接就地修改，必须产生一个新的对象，并将其重新赋值给变量。看下面的例子：

>>> s1 = s2 = "The string"
>>> s1 += "...has more details"
>>> print("s1:", s1)
s1: The string...has more details
>>> print("s2:", s2)
s2: The string

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我们看到，当给s1赋值新的值时，它没有改变原字符串的数据，它为s1分配了一个新的字符串，但是s2是指源字符串数据的名称。这就是为什么s1, s2会指向不同的字符串。

除掉字符串，我们来看列表。由于列表是可变的，因此可以对列表进行就地赋值。

>>> lst1 = lst2 = [10, 15, 20]
>>> lst1 += [25, 30]
>>> print("lst1:", lst1)
lst1: [10, 15, 20, 25, 30]
>>> print("lst2:", lst2)
lst2: [10, 15, 20, 25, 30]

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列表进行就地修改，就无需创建新列表并将列表重新分配给变量。Lst1还是指向原来的列表，因此，lst2(引用内存中相同数据的变量)也显示更改后的结果。

实际上，就地赋值更加高效。Python保留了一下额外空间以备列表增长，故Python允许append以及+=等操作高效的增长列表，但列表有时会超出保留空间，这时候就得删除超出部分。这种内存管理难以察觉，同时对程序行为几乎没有影响。

非就地操作效率低下，因为必须创建一个新对象。所以说，这就是为什么要使用 join 方法来创建大字符串，而不是用+=运算符的缘故。这一点对于关注性能方面尤为重要。

接下来，我们使用join() 方法创建列表，并将二十六个字母连接在一起。示例代码如下：

str = []
n = ord('a')
for i in range(n, n + 26):
    str += chr(i)
alphabet_str = ''.join(str)
print(alphabet_str)

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执行结果如下图所示：

这里的str += chr(i)，就是取i对应的字符并且累加到str字符串列表中，因此，+=又充当了一次角色，即组合加法运算。

从上面的例子不难看出，列表数据被追加到现有列表上，无须创建新列表并重新对变量赋值。

3. 小结

对组合运算符，我们可以小结如下：

1） 若对象是可变的（如列表），则组合赋值运算符（例如：+=）会对数据就地修改；否则，会创建一个新对象并赋给左侧的变量；
2） 就地运算速度更快，并可以更有效利用内存空间，正是由于它们不能强制创建新对象。对于列表，Python通常会分配额外的空间，以便在程序运行时更加高效地增长列表。这时候的列表，是个了不得的数据结构！

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