Python operator模块

Python的operator模块提供了一系列函数，对应Python内置的各种运算符。这些函数让运算符操作更加直观，特别适合在函数式编程中使用。

operator模块的作用

在Python 2版本中，有一个cmp()函数用来比较两个对象的大小。但Python 3移除了这个函数。operator模块提供了更清晰的比较方法，让我们能够用函数的形式进行各种运算操作。

比较运算函数

operator模块包含所有常见的比较运算函数：

import operator

# 数字比较示例
x = 15
y = 25

print("x =", x, ", y =", y)
print("x < y:", operator.lt(x, y))   # 小于
print("x <= y:", operator.le(x, y))  # 小于等于
print("x == y:", operator.eq(x, y))  # 等于
print("x != y:", operator.ne(x, y))  # 不等于
print("x > y:", operator.gt(x, y))   # 大于
print("x >= y:", operator.ge(x, y))  # 大于等于

输出结果：

x = 15 , y = 25
x < y: True
x <= y: True
x == y: False
x != y: True
x > y: False
x >= y: False

字符串也可以比较：

import operator

str1 = "apple"
str2 = "banana"

print("字符串比较：")
print("apple < banana:", operator.lt(str1, str2))
print("apple == apple:", operator.eq(str1, "apple"))

列表比较示例：

import operator

list1 = [1, 2, 3]
list2 = [1, 2, 4]
list3 = [1, 2, 3]

print("列表比较：")
print("list1 == list2:", operator.eq(list1, list2))
print("list1 == list3:", operator.eq(list1, list3))
print("list1 < list2:", operator.lt(list1, list2))

数学运算函数

operator模块提供了各种数学运算函数：

import operator

a = 10
b = 3

print("基本数学运算：")
print("加法:", operator.add(a, b))        # 10 + 3 = 13
print("减法:", operator.sub(a, b))        # 10 - 3 = 7
print("乘法:", operator.mul(a, b))        # 10 * 3 = 30
print("除法:", operator.truediv(a, b))    # 10 / 3 ≈ 3.333
print("整除:", operator.floordiv(a, b))   # 10 // 3 = 3
print("取模:", operator.mod(a, b))        # 10 % 3 = 1
print("幂运算:", operator.pow(a, b))      # 10 ** 3 = 1000

位运算函数

对于二进制操作，operator模块也提供了相应函数：

import operator

x = 10  # 二进制: 1010
y = 4   # 二进制: 0100

print("位运算：")
print("按位与:", operator.and_(x, y))   # 1010 & 0100 = 0000 (0)
print("按位或:", operator.or_(x, y))    # 1010 | 0100 = 1110 (14)
print("按位异或:", operator.xor(x, y))  # 1010 ^ 0100 = 1110 (14)
print("左移位:", operator.lshift(x, 1)) # 1010 << 1 = 10100 (20)
print("右移位:", operator.rshift(x, 1)) # 1010 >> 1 = 0101 (5)
print("按位取反:", operator.invert(x))  # ~1010 = ... (取决于整数位数)

序列操作函数

operator模块对列表、字符串等序列类型也提供了操作函数：

import operator

# 序列操作
list1 = [1, 2, 3]
list2 = [4, 5, 6]

print("序列操作：")
print("列表拼接:", operator.concat(list1, list2))  # [1,2,3,4,5,6]

text = "hello"
print("字符串重复:", operator.mul(text, 3))  # "hellohellohello"

# 包含测试
numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
print("3在列表中:", operator.contains(numbers, 3))  # True
print("6在列表中:", operator.contains(numbers, 6))  # False

项目获取和设置

operator模块可以用于获取和设置对象的元素：

import operator

my_list = [10, 20, 30, 40, 50]
my_dict = {'name': 'John', 'age': 30}

print("元素访问：")
print("列表第三个元素:", operator.getitem(my_list, 2))  # 30
print("字典name键:", operator.getitem(my_dict, 'name'))  # John

# 设置元素
operator.setitem(my_list, 0, 100)
print("修改后的列表:", my_list)  # [100, 20, 30, 40, 50]

operator.setitem(my_dict, 'age', 31)
print("修改后的字典:", my_dict)  # {'name': 'John', 'age': 31}

# 删除元素
operator.delitem(my_list, 1)
print("删除后的列表:", my_list)  # [100, 30, 40, 50]

切片操作

operator模块支持Python的切片操作：

import operator

numbers = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

print("切片操作：")
# 获取切片
slice_obj = slice(2, 7, 2)
print("切片[2:7:2]:", operator.getitem(numbers, slice_obj))  # [2, 4, 6]

# 设置切片
operator.setitem(numbers, slice(0, 3), [10, 11, 12])
print("设置切片后的列表:", numbers)  # [10, 11, 12, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

# 删除切片
operator.delitem(numbers, slice(5, 8))
print("删除切片后的列表:", numbers)  # [10, 11, 12, 3, 4, 9]

属性操作

operator模块还可以操作对象属性：

import operator

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

person = Person("Alice", 25)

print("属性操作：")
print("姓名:", operator.attrgetter('name')(person))  # Alice
print("年龄:", operator.attrgetter('age')(person))   # 25

# 设置属性
operator.attrgetter('age')(person)  # 这只是获取，不能直接设置
# 通常我们直接使用 person.age = 26

实际应用场景

在排序中使用

operator模块在排序时特别有用：

import operator

students = [
    {'name': 'John', 'score': 85},
    {'name': 'Alice', 'score': 92},
    {'name': 'Bob', 'score': 78}
]

# 按分数排序
students_sorted = sorted(students, key=operator.itemgetter('score'))
print("按分数排序:", students_sorted)

# 按姓名排序
students_sorted_by_name = sorted(students, key=operator.itemgetter('name'))
print("按姓名排序:", students_sorted_by_name)

在函数式编程中使用

import operator
from functools import reduce

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]

# 计算乘积
product = reduce(operator.mul, numbers)
print("1到5的乘积:", product)  # 120

# 计算总和
total = reduce(operator.add, numbers)
print("1到5的总和:", total)  # 15

# 逻辑运算
values = [True, False, True]
all_true = all(values)
any_true = any(values)
print("所有值为真:", all_true)
print("任一值为真:", any_true)

动态操作选择

import operator

def calculate(operation, a, b):
    operations = {
        'add': operator.add,
        'subtract': operator.sub,
        'multiply': operator.mul,
        'divide': operator.truediv
    }
    
    if operation in operations:
        return operations[operation](a, b)
    else:
        return None

print("动态运算示例：")
print("10 + 5 =", calculate('add', 10, 5))
print("10 - 5 =", calculate('subtract', 10, 5))
print("10 * 5 =", calculate('multiply', 10, 5))
print("10 / 5 =", calculate('divide', 10, 5))

方法命名规则

operator模块中的函数有两种命名方式：

常规形式：add(), sub(), mul()
双下划线形式：__add__(), __sub__(), __mul__()

两种形式功能完全相同，建议使用常规形式，代码更清晰。

import operator

# 两种方式效果相同
print("常规形式:", operator.add(5, 3))
print("双下划线形式:", operator.__add__(5, 3))

总结

运算	语法	函数
加法	a + b	add(a, b)
字符串拼接	seq1 + seq2	concat(seq1, seq2)
包含测试	obj in seq	contains(seq, obj)
除法	a / b	truediv(a, b)
除法	a // b	floordiv(a, b)
按位与	a & b	and_(a, b)
按位异或	a ^ b	xor(a, b)
按位取反	~ a	invert(a)
按位或	a \| b	or_(a, b)
取幂	a ** b	pow(a, b)
标识	a is b	is_(a, b)
标识	a is not b	is_not(a, b)
索引赋值	obj[k] = v	setitem(obj, k, v)
索引删除	del obj[k]	delitem(obj, k)
索引取值	obj[k]	getitem(obj, k)
左移	a << b	lshift(a, b)
取模	a % b	mod(a, b)
乘法	a * b	mul(a, b)
矩阵乘法	a @ b	matmul(a, b)
取反（算术）	- a	neg(a)
取反（逻辑）	not a	not_(a)
正数	+ a	pos(a)
右移	a >> b	rshift(a, b)
切片赋值	seq[i:j] = values	setitem(seq, slice(i, j), values)
切片删除	del seq[i:j]	delitem(seq, slice(i, j))
切片取值	seq[i:j]	getitem(seq, slice(i, j))
字符串格式化	s % obj	mod(s, obj)
减法	a - b	sub(a, b)
真值测试	obj	truth(obj)
比较	a < b	lt(a, b)
比较	a <= b	le(a, b)
相等	a == b	eq(a, b)
不等	a != b	ne(a, b)
比较	a >= b	ge(a, b)
比较	a > b	gt(a, b)

operator模块让Python的运算符以函数形式呈现，这在很多场景下非常有用：

函数式编程：配合map、filter、reduce等函数使用
动态操作：根据运行时的条件选择不同的运算
代码清晰：让运算符操作更加明确和可读
排序操作：为复杂数据结构的排序提供便利

掌握operator模块能够让你的Python代码更加灵活和强大。对于初学者来说，可以从比较运算和数学运算开始练习，逐步掌握更高级的用法。

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