Python-计算机中的码制以及基础运算符(用于分析内存)

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计算机中的码制

原码、反码和补码是计算机科学中用于表示整数的二进制编码方式，特别是在处理有符号整数时。这些概念主要用于简化计算机中的算术运算，尤其是在进行加减法时。

原码（True Form）

定义：原码是一种最直观的二进制编码方式，它用第一位表示符号（0表示正，1表示负），其余位表示数值本身。
优点：易于理解和转换，直接反映了数值的正负和大小。
缺点：在进行加减运算时较为复杂，因为需要特别处理符号位。
示例：

十进制的 +5 在原码中表示为 0000101（假设使用5位，最左边的位是符号位）。
十进制的 -5 在原码中表示为 1000101。

反码（One’s Complement）

定义：反码用于表示有符号数的一种方式，正数的反码与其原码相同，负数的反码是其原码除符号位外，其他各位取反（0变1，1变0）。
优点：简化了减法运算，可以通过将减数取反然后加1，转换为加法运算。
缺点：0的表示不唯一，正0和负0的反码不同，这可能导致一些混淆。
示例：

十进制的 +5 在反码中表示为 0000101。
十进制的 -5 在反码中表示为 1111010。

补码（Two’s Complement）

定义：补码是目前最常用的有符号数表示方式，正数的补码与其原码相同，负数的补码是在其反码的基础上加1。
优点：
0的唯一性，没有正0和负0的区别。
简化了算术运算，特别是减法可以直接转换为加法。
溢出检测简单，可以通过检查结果是否越界来判断。
缺点：对初学者来说，理解补码表示的负数可能不如原码直观。
示例：

十进制的 +5 在补码中表示为 0000101。
十进制的 -5 在补码中表示为 1111011。
码制这个东西了解即可，如果大家有一天可以接触到内存溢出并且需要实时监控二进制时，你已经是一个大佬了，可以分析任何软件的性能做出优化等，其实很多库自带检查内存，比去找某个变量对的进程值快的多，记住：用轮子往往比造轮子简单且有效，但创造往往更有价值和意义
注意点：补码补码是原码，计算机中所有的数据都是用补码二进制标识，如果需要转换成十进制，需要先把补码转换成原码，最后把原码的二进制转换为十进制即可。

基础运算

算术运算符：

加法：+
减法：-
乘法：*
除法：/
地板除法：//（结果向下取整）
模运算（求余数）：%
幂运算：**

比较运算符：

等于：==
不等于：!=
大于：>
小于：<
大于等于：>=
小于等于：<=

赋值运算符：

单赋值：=
同时赋值：a = b = 0（Python 3.8+）
加法赋值：+=
减法赋值：-=
乘法赋值：*=
除法赋值：/=
地板除法赋值：//=
模运算赋值：%=
幂运算赋值：**=

逻辑运算符：

逻辑与：and
逻辑或：or
逻辑非：not

位运算符（用于二进制位的操作）：

按位与：&

A = 60
B = 13
result = A & B
print(result)  # 输出结果为12

按位或：|

A = 60
B = 13
result = A | B
print(result)  # 输出结果为61

按位异或：^

A = 60
B = 13
result = A ^ B
print(result)  # 输出结果为49

按位非：~

A = 60
result = ~A
print(result)  # 输出结果为-61

左移：<<

A = 60
shift_amount = 2
result = A << shift_amount
print(result)  # 输出结果为240

右移：>>

A = 60
shift_amount = 2
result = A >> shift_amount
print(result)  # 输出结果为15

成员运算符：

属于：in（检查列表、元组、集合或字符串中是否存在某个元素）

检查元素是否存在于列表中

my_list = [1, 2, 3, 4, 5]
element = 3

if element in my_list:
    print(f"{element} is in the list.")
else:
    print(f"{element} is not in the list.")

检查字符串中是否包含子串

my_string = "Hello, World!"
substring = "World"

if substring in my_string:
    print(f'"{substring}" is in the string.')
else:
    print(f'"{substring}" is not in the string.')

不属于：not in（检查列表、元组、集合或字符串中是否不存在某个元素）

检查元素是否不存在于元组中

my_tuple = (10, 20, 30, 40)
element = 50

if element not in my_tuple:
    print(f"{element} is not in the tuple.")
else:
    print(f"{element} is in the tuple.")
##### 检查集合中是否不包含某个元素

my_set = {1, 2, 3, 4, 5}
element = 6

if element not in my_set:
    print(f"{element} is not in the set.")
else:
    print(f"{element} is in the set.")

身份运算符：

恒等：is（检查两个引用是否指向同一个对象）

比较两个变量是否引用同一个对象

a = [1, 2, 3]
b = a  # b现在引用列表a
c = [1, 2, 3]  # c是一个新的列表对象

print(a is b)  # 输出 True，因为a和b引用同一个对象
print(a is c)  # 输出 False，因为a和c引用不同的对象

不恒等：is not（检查两个引用是否不指向同一个对象）

检查两个变量是否引用不同的对象

a = "hello"
b = "hello"

在Python中，字符串是不可变对象，所以相同的字符串字面量可能会引用同一个对象

print(a is b)  # 可能输出 True，因为a和b可能引用同一个字符串对象

c = "world"
print(a is not c)  # 输出 True，因为a和c引用不同的对象

运算符优先级别

Python中的运算符优先级如下（从高到低）：
括号 ((), [], {})：改变运算顺序。
指数 (**)：幂运算。
一元运算符：如负号 - 和逻辑非 not。
乘法和除法 (*, /, //, %)：从左到右执行。
加法和减法 (+, -)：从左到右执行。
比较运算符 (<, <=, >, >=, !=, ==)：从左到右执行。
身份运算符 (is, is not)：从左到右执行。
位运算符：按位与 &、按位或 |、按位异或 ^、左移 <<、右移 >>。
逻辑运算符：逻辑与 and、逻辑或 or。

逻辑与（and）短路

对于逻辑与操作，如果第一个操作数是假的（False），那么整个表达式的结果必定为假，因此第二个操作数不会被求值。

#### 定义一个函数，如果被调用，会抛出异常
def will_fail():
    raise Exception("Something went wrong")

#### 逻辑与短路示例
try:
    False and will_fail()  # 这行代码不会抛出异常
except Exception as e:
    print(e)  # 这行代码不会被执行

print("Expression evaluated.")  # 这行代码会被执行

逻辑或（or）短路

对于逻辑或操作，如果第一个操作数是真的（True） ，那么整个表达式的结果必定为真，因此第二个操作数不会被求值。

#### 定义一个函数，如果被调用，会抛出异常
def will_fail():
    raise Exception("Something went wrong")

逻辑或短路示例

try:
True or will_fail() # 这行代码不会抛出异常
except Exception as e:
print(e) # 这行代码不会被执行

print(“Expression evaluated.”) # 这行代码会被执行

```csharp
#### 逻辑非（not）短路# 逻辑非示例
result = not False  # result为True

组合逻辑运算

a = True
b = False
c = True

#### 这个表达式相当于 (a and b) or c
result1 = a and b or c  # 结果为True，因为c为True

#### 使用括号改变运算顺序
result2 = (a and b) or c  # 结果为False，因为(a and b)True

#### 另一个组合逻辑运算
result3 = not a and b  # 结果为False，因为not a为False

print(result1)  # 输出: True
print(result2)  # 输出: True
print(result3)  # 输出: False

检查变量是否为正数

x = 5
y = -3

#### 逻辑表达式：x大于0且y小于0
is_positive_x = x > 0
is_negative_y = y < 0

result = is_positive_x and is_negative_y

print(result)  # 输出: True

#### 检查至少一个变量是正数
result = is_positive_x or is_negative_y

print(result)  # 输出: True

sd1 = 0
sd2 = "a"
sd3 = 1
#注意点：在and逻辑与运算中，判断第一个是否为false，不为则判断下一个，遇到都是true时返回第二个操作数为true的值
result4 = sd2 and sd3
#注意点：在and逻辑与运算中，判断第一个是否为true，不为则判断下一个，遇到true时返回第二个操作数为true的值
result6 = sd1 or sd2

print(result4)
print(result6)

程序返回结果：

E:\Anaconda3\python.exe E:\Pycharm\pydemo\pythonProject\运算符优先级别.py 
Expression evaluated.
Expression evaluated.
True
True
False
True
True
1
a

我还是那句话，该说不说，用好逻辑运算符时及其重要的，实际开发中也有很多逻辑判断需要搭配if语句

实践是检验真理的唯一标准