Task 1 从变量到异常处理

一、变量、运算符与数据类型：

1、运算符：

1）、算数运算符

2）、比较运算符（同C）

3）、逻辑运算符（and、or、not）

4）、位运算符

注：）需要注意区分按位取反和反码

5）、其他运算符

【示例1】：

letters = ['A', 'B', 'C']
if 'A' in letters:
    print('A' + ' exists')
if 'h' not in letters:
    print('h' + ' not exists')

# A exists
# h not exists

【示例2】：

a = "hello"
b = "hello"
print(a is b, a == b)  # True True
print(a is not b, a != b)  # False False

【示例3】：

a = ["hello"]
b = ["hello"]
print(a is b, a == b)  # False True
print(a is not b, a != b)  # True False

注：）

• is, is not 对比的是两个变量的内存地址
• ==, != 对比的是两个变量的值
• 比较的两个变量，指向的都是地址不可变的类型（str等），那么is，is not 和 ==，！= 是完全等价的。
• 对比的两个变量，指向的是地址可变的类型（list，dict，tuple等），则两者是有区别的。

6）、优先级

• 一元运算符优于二元运算符。例如3 ** -2等价于3 ** (-2)。
• 先算术运算，后移位运算，最后位运算。例如 1 << 3 + 2 & 7等价于 (1 << (3 + 2)) & 7。
• 逻辑运算最后结合。例如3 < 4 and 4 < 5等价于(3 < 4) and (4 < 5)。

2、变量和赋值

注：）python变量名大小写敏感

3、数据类型与转换

注：1）python中万物皆对象，只要是对象，就有相应的属性 （attributes） 和方法（methods）

【示例1】：通过 print() 查看 a 的值，以及类 (class) 是int。

a = 1031
print(a, type(a))
# 1031 <class 'int'>

【示例2】： 找到一个整数的二进制表示，再返回其长度

a = 1031
print(bin(a))  # 0b10000000111
print(a.bit_length())  # 11

注：2）有时候我们想保留浮点型的小数点后 n 位。可以用 decimal 包里的 Decimal 对象和 getcontext() 方法来实现。

二、位运算

1、原码，反码和补码

1）原码：原数的二进制表示（第一位为符号位）

00 00 00 11 -> 3

10 00 00 11 -> -3

2）反码：正数的反码是原数，负数的反码符号位不变，其他位按位取反

00 00 00 11 -> 00 00 00 11

10 00 00 11 -> 11 11 11 00

3）补码（计算机内部使用补码表示）：正数补码就是原码，负数补码为反码+1

00 00 00 11 -> 00 00 00 11

10 00 00 11 -> 11 11 11 01

2、按位操作

注：）按位左移、右移时，缺位补零，并非循环移位

3、利用位运算实现快速计算（暂时没明白有啥用）

• 通过 <<，>> 快速计算2的倍数问题。

n << 1 -> 计算 n

2

n >> 1 -> 计算 n/2，负奇数的运算不可用

n << m -> 计算 n

(2^m)，即乘以 2 的 m 次方

n >> m -> 计算 n/(2^m)，即除以 2 的 m 次方

1 << n -> 2^n

• 通过 ^ 快速交换两个整数。 通过 ^ 快速交换两个整数。

a ^= b

b ^= a

a ^= b

• 通过 a & (-a) 快速获取a的最后为 1 位置的整数。

00 00 01 01 -> 5

&

11 11 10 11 -> -5

00 00 00 01 -> 1

00 00 11 10 -> 14

&

11 11 00 10 -> -14

00 00 00 10 -> 2

4、利用位运算实现整数集合

一个数的二进制表示可以看作是一个集合（0 表示不在集合中，1 表示在集合中）。

比如集合 {1, 3, 4, 8}，可以表示成 01 00 01 10 10 而对应的位运算也就可以看作是对集合进行的操作。

• 元素与集合的操作：

a | (1<<i) -> 把 i 插入到集合中

a & ~(1<<i) -> 把 i 从集合中删除

a & (1<<i) -> 判断 i 是否属于该集合（零不属于，非零属于）

• 集合之间的操作：

a 补 -> ~a

a 交 b -> a & b

a 并 b -> a | b

a 差 b -> a & (~b)

注：）整数在内存中是以补码的形式存在的，输出自然也是按照补码输出。

【示例1】C#中输出负数：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        string s1 = Convert.ToString(-3, 2);
        Console.WriteLine(s1); 
        // 11111111111111111111111111111101
        
        string s2 = Convert.ToString(-3, 16);
        Console.WriteLine(s2); 
        // fffffffd
    }
}

【示例2】python中 bin() 输出：

print(bin(3))  # 0b11
print(bin(-3))  # -0b11

print(bin(-3 & 0xffffffff))  
# 0b11111111111111111111111111111101

print(bin(0xfffffffd))       
# 0b11111111111111111111111111111101

print(0xfffffffd)  # 4294967293

注：

1）Python中bin一个负数（十进制表示），输出的是它的原码的二进制表示加上个负号，巨坑。

2）Python中的整型是补码形式存储的。

3）Python中整型是不限制长度的不会超范围溢出。

• 所以为了获得负数（十进制表示）的补码，需要手动将其和十六进制数0xffffffff进行按位与操作，再交给bin()进行输出，得到的才是负数的补码表示。