在 Python 编程的旅程中，我们经常需要编写各种复杂的表达式来处理数据。你是否曾经好奇过，当一行代码中同时出现加法、乘法甚至是逻辑判断时，Python 解释器究竟是如何决定先计算哪一部分的？这正是运算符优先级和结合性发挥作用的关键时刻。这两个概念不仅是 Python 基础中的核心，更是我们编写无歧义、健壮代码的基石。
在这篇文章中，我们将深入探讨 Python 运算符的优先级和结合性。你将学会如何通过这些规则来预测程序的执行流程，如何利用括号来强制改变计算顺序，以及如何在复杂的逻辑判断中避免常见的陷阱。让我们一起来揭开这些规则的神秘面纱，掌握控制代码逻辑的主动权。
什么是运算符优先级？
运算符优先级定义了 Python 在表达式中评估不同运算符的顺序。你可以把它想象成数学中的运算规则——在没有括号的情况下，乘法总是先于加法执行。当一个表达式包含多个具有不同优先级的运算符时，Python 会严格遵循这些内置规则来决定求值顺序。
让我们从一个直观的数学例子开始。
#### 场景一：数学运算中的顺序
假设我们有一个包含加法和乘法的表达式：
> 10 + 20 * 30
根据我们的数学常识，结果应该是 610，而不是 900。这是因为乘法运算符 INLINECODE9151bc1f 的优先级高于加法运算符 INLINECODEad616fa5。
代码演示：
# 演示 ‘+‘ 与 ‘*‘ 的优先级差异
# Python 会先计算乘法 20 * 30，然后再加上 10
expr = 10 + 20 * 30
print(expr) # 输出: 610
# 如果我们希望先进行加法，必须使用括号
expr_forced = (10 + 20) * 30
print(expr_forced) # 输出: 900
解析：
在上面的代码中，Python 解释器首先看到了乘法运算符。由于它的优先级更高，解释器决定先计算 INLINECODEfd0e1491 得到 600，然后再进行 INLINECODE6c0cabcf 的计算。如果我们想改变这个顺序，就必须使用圆括号 () 来提升加法的优先级。这一规则同样适用于我们即将讨论的几乎所有运算符。
#### 场景二：逻辑运算中的陷阱
逻辑运算符（INLINECODE59dc751d, INLINECODE87135b01, not）也遵循特定的优先级规则。如果不了解这些规则，写出的条件判断可能会产生意想不到的结果，甚至导致严重的逻辑错误。
常见错误示例：
让我们看一个可能让你感到困惑的例子：判断一个用户是否名为 "Alex" 或 "John"，并且年龄是否大于等于 2 岁。
# 演示 ‘or‘ 与 ‘and‘ 的优先级差异
name = "Alex"
age = 0
# 这里我们想要表达的是：(名字是 Alex 或 John) 并且 (年龄 >= 2)
# 但是如果不加括号，Python 会怎么理解呢？
if name == "Alex" or name == "John" and age >= 2:
print("Hello! Welcome.") # 这一行会被执行
else:
print("Good Bye!!")
输出：
Hello! Welcome.
为什么会这样？
你可能会觉得奇怪，因为 age 是 0，显然不满足“大于等于 2”的条件，为什么程序还是输出了欢迎信息？
这是因为在 Python 中，INLINECODE54192595 的优先级高于 INLINECODEd5d5a648。上面的代码在 Python 眼中实际上是这样的：
> name == "Alex" or (name == "John" and age >= 2)
- Python 首先检查 INLINECODE25284bb4 部分：INLINECODE4e767855。因为名字是 "Alex"，所以这部分结果是
False。 - 然后，Python 检查 INLINECODEc73c9cf6 部分：INLINECODEc6c653f0。
- 因为 INLINECODE580c328f 是 INLINECODE5711fa3a，根据短路逻辑，整个条件直接判定为
True。
解决方案：
为了确保我们的意图被正确执行——即先判断名字，再判断年龄——我们必须使用括号来明确优先级：
# 正确的逻辑：使用括号确保名字判断先于年龄判断
if (name == "Alex" or name == "John") and age >= 2:
print("Hello! Welcome.")
else:
print("Good Bye!!") # 这次将输出 Good Bye
这是一个非常经典的实战教训：当涉及到混合逻辑运算时，永远不要吝啬使用括号。 即使你记得优先级规则，代码的阅读者（可能是未来的你）也可能忘记。清晰的括号能让代码意图一目了然。
Python 运算符优先级全表
为了让你在编写代码时能够快速查阅，我们整理了一份从最高优先级到最低优先级的完整列表。建议你将这张表保存下来，在遇到复杂表达式时对照查看。
- 圆括号
()：最高优先级。不仅可以用于数学计算，还可以用于强制改变表达式的求值顺序。
– 结合性：从左到右
- 下标与切片 INLINECODE9638adbc, INLINECODEc1de41f1：用于列表、字符串等序列类型的元素访问。
– 结合性：从左到右
- 等待表达式
await x：用于异步编程。 - 幂运算
**：计算次方。
– 结合性：从右到左（这点非常重要，下面会详述）
- 一元运算符 INLINECODEe15669d0, INLINECODEab7c5ba3,
~x：正号、负号、按位取反。
– 结合性：从右到左
- 乘法类 INLINECODEcced2b41, INLINECODE1405c456, INLINECODE4b6e104d, INLINECODE6dbe1b72,
%：乘法、矩阵乘法、除法、整除、取余。
– 结合性：从左到右
- 加法类 INLINECODE0300829e, INLINECODEc5ebdeb8：加法和减法。
– 结合性：从左到右
- 位移运算符 INLINECODE1209d484, INLINECODE1b8cc43f：按位左移和右移。
– 结合性：从左到右
- 按位与
&。
– 结合性：从左到右
- 按位异或
^。
– 结合性：从左到右
- 按位或
|。
– 结合性：从左到右
- 比较、成员、身份 INLINECODE94e4590e, INLINECODEa217b26e, INLINECODE8492669b, INLINECODE88e6aa4f, INLINECODE6c2b9a5f, INLINECODE2062275c, INLINECODE463ce008, INLINECODE37869f74, INLINECODE813735e2, INLINECODEb5657a54。
– 结合性：从左到右
- 布尔非
not x。
– 结合性：从右到左
- 布尔与
and。
– 结合性：从左到右
- 布尔或
or。
– 结合性：从左到右
- 条件表达式 INLINECODE245a1c61（例如 INLINECODE75bc0d5b）。
– 结合性：从右到左
- Lambda 表达式
lambda。 - 赋值表达式
:=（海象运算符）。
– 结合性：从右到左
> 注意：圆括号 () 拥有至高无上的优先级。当你不确定运算顺序时，或者仅仅为了让代码更易读时，请使用它们。
深入理解运算符结合性
如果在一个表达式中，两个相邻的运算符具有相同的优先级，这时该由谁先出手呢？这就取决于“运算符结合性”。结合性决定了运算是从左向右执行，还是从右向左执行。
绝大多数的 Python 运算符（如加法、减法、乘法）都是左结合的，这意味着它们从左向右计算。但也有一些特殊的运算符（如幂运算和赋值）是右结合的。
#### 左结合性：从左到右
对于算术运算符，当优先级相同时，Python 会从左开始计算。
示例：
> 100 / 10 * 10
直观上看，你可能会觉得除法和乘法在一起，结果应该是 1 吗？让我们验证一下。
# 展示除法和乘法的左结合性
# 结果是 100.0 还是 1.0 呢？
print(100 / 10 * 10) # 输出: 100.0
# 为了对比，我们可以显式地加上括号看看区别
print((100 / 10) * 10) # 输出: 100.0
print(100 / (10 * 10)) # 输出: 1.0
# 另一个例子：减法和加法
print(5 - 2 + 3) # 输出: 6
# 同样，它等价于 (5 - 2) + 3
解释：
- INLINECODEab22a6bc：因为 INLINECODEbef79dcf 和 INLINECODEd5ec4312 优先级相同，且是左结合，Python 先计算 INLINECODE773c9f39 得到 INLINECODE03366aa3，然后计算 INLINECODEe38ab859 得到
100.0。如果它先算乘法，结果就会是 1，但这不符合 Python 的规则。 - INLINECODEc5b82103：同理，先算 INLINECODE2b1b2cb6 得到 INLINECODE15001dd7，再加 INLINECODE79bde1d5 得到
6。
#### 右结合性：从右到左（幂运算的特殊性）
这是一个极其重要的考点。幂运算符 ** 是 Python 中少数几个具有右结合性的运算符。这意味着当你看到连续的幂运算时，Python 会从最右边开始计算。
示例：
> 2 3 2
这个结果是多少？是 INLINECODEa9e00ae4，还是 INLINECODEd40c091d 呢？
# 展示幂运算的右结合性
print(2 ** 3 ** 2) # 输出: 512
# 等价于：
# 2 ** (3 ** 2)
# 也就是 2 ** 9 = 512
# 如果我们想先算前面的幂运算，必须使用括号
print((2 ** 3) ** 2) # 输出: 64
实战建议：
虽然 INLINECODE92c21949 在 Python 中会得到 512，但在编写代码时，为了避免歧义并提高可读性，强烈建议始终使用括号。写成 INLINECODE92da4c5e 即使你不了解结合性规则，也能一眼看懂代码的意图。
实战演练与最佳实践
理解这些规则不仅仅是为了通过考试，更是为了写出健壮的代码。让我们再看几个实际的代码片段，巩固我们的理解。
示例 1：位运算与比较的混合
# 位运算符的优先级通常低于比较运算符
# 但高于布尔逻辑运算符
x = 5 # 二进制 101
y = 3 # 二进制 011
# 这是一个包含位运算和比较的复杂表达式
# 先比较大小，再进行位运算
result = (x > 4) & (y > 2)
print(result) # 输出: True (True & True)
# 如果不加括号，优先级可能导致意外
result_raw = x > 4 & y > 2
# 这实际上是 x > (4 & y) > 2，这在 Python 3 中会导致 TypeError
# 因为比较运算符 4 & y 的结果是数字，不能连续比较
常见错误：
在上面的 INLINECODE9b529c5c 中，如果不小心漏掉了括号，Python 的解析可能会出错（INLINECODE5d539734 优先级高于 INLINECODE5b36ba18）。如果你遇到类似 INLINECODEa7090561，第一反应应该是检查运算符优先级和括号。
性能优化建议
虽然 Python 解释器非常智能，但良好的代码习惯能减少解释器的负担，也能避免潜在的误解。
- 短路求值：利用 INLINECODEa0d1b20f 和 INLINECODEf0cac7b5 的短路特性可以提高代码效率。将计算成本低或容易为 INLINECODEd5bc1c02 的条件放在 INLINECODE7fa90347 的前面；将容易为 INLINECODEbd5cfa96 的条件放在 INLINECODE7e4d60da 的前面。
* if expensive_function() and simple_check: (不推荐，总是执行昂贵函数)
* INLINECODE74d6d6c8 (推荐，如果 simplecheck 为假，昂贵函数不会运行)
- 括号没有性能惩罚：不要担心使用括号会降低代码运行速度。Python 解析代码时，括号只是明确了语法树，几乎不会带来额外的运行时开销，但它带来的代码可读性收益是巨大的。
总结
运算符优先级和结合性是 Python 语言设计的基石，它们决定了我们在没有显式括号时，表达式是如何被“理解”的。
- 优先级决定了不同种类运算符的执行顺序（如乘法优先于加法）。
- 结合性决定了同优先级运算符的执行方向（如幂运算从右向左）。
掌握这些规则，能帮助你避免逻辑错误，写出更简洁、更高效的 Python 代码。下次当你面对一个复杂的表达式不知所措时，试着画出它的求值树，或者干脆加上括号来理清思路。祝你编码愉快！