【阿里雲訓練營】python查漏補缺 1

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參考目錄：

1 註釋

• 在 Python 中，# 表示註釋，作用於整行。
• ''' ''' 或者 """ """ 表示區間註釋，在三引號之間的所有內容被註釋
  【例子】單行註釋

# 這是一個註釋
'''
這是多行註釋，用三個單引號
這是多行註釋，用三個單引號
這是多行註釋，用三個單引號
'''

2 is 與 ==

a = "hello"
b = "hello"
print(a is b, a == b)  # True True

a = ["hello"]
b = ["hello"]
print(a is b, a == b)  # False True

注意：

• is, is not 對比的是兩個變量的內存地址
• ==, != 對比的是兩個變量的值
• 比較的兩個變量，指向的都是地址不可變的類型（str等），那麼is，is not 和 ==，！= 是完全等價的。
• 對比的兩個變量，指向的是地址可變的類型（list，dict，tuple等），則兩者是有區別的。

3 運算優先級

• 一元運算符優於二元運算符。例如3 ** -2等價於3 ** (-2)。
• 先算術運算，後移位運算，最後位運算。例如 1 << 3 + 2 & 7等價於 (1 << (3 + 2)) & 7。
• 邏輯運算最後結合。例如3 < 4 and 4 < 5等價於(3 < 4) and (4 < 5)。

4 查找所有屬性和方法

利用dir()方法，下面查找int這個類型的屬性和方法

b = dir(int)
print(b)

# ['__abs__', '__add__', '__and__', '__bool__', '__ceil__', '__class__',
# '__delattr__', '__dir__', '__divmod__', '__doc__', '__eq__',
# '__float__', '__floor__', '__floordiv__', '__format__', '__ge__',
# '__getattribute__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__',
# '__index__', '__init__', '__init_subclass__', '__int__', '__invert__',
# '__le__', '__lshift__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__',
# '__neg__', '__new__', '__or__', '__pos__', '__pow__', '__radd__',
# '__rand__', '__rdivmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__',
# '__rfloordiv__', '__rlshift__', '__rmod__', '__rmul__', '__ror__',
# '__round__', '__rpow__', '__rrshift__', '__rshift__', '__rsub__',
# '__rtruediv__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__',
# '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__',
# 'bit_length', 'conjugate', 'denominator', 'from_bytes', 'imag',
# 'numerator', 'real', 'to_bytes']

其中有一個bit_length，找到一個整數的二進制表示，再返回其長度。

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

5 type和isinstance3

• type() 不會認爲子類是一種父類類型，不考慮繼承關係。
• isinstance() 會認爲子類是一種父類類型，考慮繼承關係。

6 位運算

操作符	名稱	示例
~	按位取反	~4
&	按位與	4 & 5
|	按位或	4 | 5
^	按位異或	4 ^ 5
<<	左移	4 << 2
>>	右移	4 >> 2

print(bin(4))  # 0b100
print(bin(5))  # 0b101
print(bin(~4), ~4)  # -0b101 -5
print(bin(4 & 5), 4 & 5)  # 0b100 4
print(bin(4 | 5), 4 | 5)  # 0b101 5
print(bin(4 ^ 5), 4 ^ 5)  # 0b1 1
print(bin(4 << 2), 4 << 2)  # 0b10000 16
print(bin(4 >> 2), 4 >> 2)  # 0b1 1

6.1 原碼、反碼和補碼

二進制有三種不同的表示形式：原碼、反碼和補碼，計算機內部使用補碼來表示。

原碼：就是其二進制表示（注意，有一位符號位）。

00 00 00 11 -> 3
10 00 00 11 -> -3

反碼：正數的反碼就是原碼，負數的反碼是符號位不變，其餘位取反（對應正數按位取反）。

00 00 00 11 -> 3
11 11 11 00 -> -3

補碼：正數的補碼就是原碼，負數的補碼是反碼+1。

00 00 00 11 -> 3
11 11 11 01 -> -3

符號位：最高位爲符號位，0表示正數，1表示負數。在位運算中符號位也參與運算。

6.2 按位運算

• 按位非操作 ~

~ 1 = 0
~ 0 = 1

~ 把num的補碼中的 0 和 1 全部取反（0 變爲 1，1 變爲 0）有符號整數的符號位在 ~ 運算中同樣會取反。

00 00 01 01 -> 5
~
---
11 11 10 10 -> -6

11 11 10 11 -> -5
~
---
00 00 01 00 -> 4

• 按位與操作 &

1 & 1 = 1
1 & 0 = 0
0 & 1 = 0
0 & 0 = 0

只有兩個對應位都爲 1 時才爲 1

00 00 01 01 -> 5
&
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 00 -> 4

• 按位或操作 |

1 | 1 = 1
1 | 0 = 1
0 | 1 = 1
0 | 0 = 0

只要兩個對應位中有一個 1 時就爲 1

00 00 01 01 -> 5
|
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 11 -> 7

• 按位異或操作 ^

1 ^ 1 = 0
1 ^ 0 = 1
0 ^ 1 = 1
0 ^ 0 = 0

只有兩個對應位不同時才爲 1

00 00 01 01 -> 5
^
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 00 11 -> 3

異或操作的性質：滿足交換律和結合律

A: 00 00 11 00
B: 00 00 01 11

A^B: 00 00 10 11
B^A: 00 00 10 11

A^A: 00 00 00 00
A^0: 00 00 11 00

A^B^A: = A^A^B = B = 00 00 01 11

• 按位左移操作 <<

num << i 將num的二進制表示向左移動i位所得的值。

00 00 10 11 -> 11
11 << 3
---
01 01 10 00 -> 88 

• 按位右移操作 >>

num >> i 將num的二進制表示向右移動i位所得的值。

00 00 10 11 -> 11
11 >> 2
---
00 00 00 10 -> 2 

6.3 利用位運算實現快速計算

通過 <<，>> 快速計算2的倍數問題。

n << 1 -> 計算 n*2
n >> 1 -> 計算 n/2，負奇數的運算不可用
n << m -> 計算 n*(2^m)，即乘以 2 的 m 次方
n >> m -> 計算 n/(2^m)，即除以 2 的 m 次方
1 << n -> 2^n

通過 ^ 快速交換兩個整數。
通過 ^ 快速交換兩個整數。

a ^= b
b ^= a
a ^= b

通過 a & (-a) 快速獲取a的最後爲 1 位置的整數。

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

6.4 利用位運算實現整數集合

一個數的二進制表示可以看作是一個集合（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 而對應的位運算也就可以看作是對集合進行的操作。

元素與集合的操作：

a | (1<<i)  -> 把 i 插入到集合中
a & ~(1<<i) -> 把 i 從集合中刪除
a & (1<<i)  -> 判斷 i 是否屬於該集合（零不屬於，非零屬於）

集合之間的操作：

a 補   -> ~a
a 交 b -> a & b
a 並 b -> a | b
a 差 b -> a & (~b)

注意：整數在內存中是以補碼的形式存在的，輸出自然也是按照補碼輸出。

【例子】C#語言輸出負數。

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
    }
}

【例子】 Python 的bin() 輸出。

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

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

print(bin(0xfffffffd))       
# 0b11111111111111111111111111111101

print(0xfffffffd)  # 4294967293

0b11
-0b11
0b11111111111111111111111111111101
0b11111111111111111111111111111101
4294967293

是不是很顛覆認知，我們從結果可以看出：

• Python中bin一個負數（十進制表示），輸出的是它的原碼的二進制表示加上個負號，巨坑。
• Python中的整型是補碼形式存儲的。
• Python中整型是不限制長度的不會超範圍溢出。

所以爲了獲得負數（十進制表示）的補碼，需要手動將其和十六進制數0xffffffff進行按位與操作，再交給bin()進行輸出，得到的纔是負數的補碼錶示。