Секреты логических операторов в Python (2024)

Логические операции играют важную роль в программировании. Они используются для создания условных конструкций и составления сложных алгоритмов. В Python для выполнения логических операций используются логические операторы:

• not— логическое отрицание

• and— логическое умножение

• or— логическое сложение

В этой статье мы поговорим о неочевидных деталях и скрытых особенностях работы логических операторов в Python.

Таблицы истинности логических операторов

Мы привыкли к тому, что обычно в языках программирования логические операторы возвращают значения True или False согласно своим таблицам истинности.

Таблица истинности оператора not:

Таблица истинности оператора and:

Таблица истинности оператора or:

Когда операндами логических операторов являются объекты True и False, работа логических операторов в Python также соответствует данным таблицам истинности.

Приведенный ниже код:

print(not True)print(not False)print(False and True)print(True and True)print(False or True)print(False or False)

выводит:

FalseTrueFalseTrueTrueFalse

Однако Python не ограничивает нас только значениями True и False в качестве операндов логических операторов. Операндами операторов not, and и or могут быть объекты любых других типов данных.

Понятия truthy и falsy

Одной из важных особенностей языка Python является концепция truthy и falsy объектов. Любой объект в Python может быть оценен как True или False. При этом объекты, которые оцениваются как True, называются truthy объектами, а объекты, которые оцениваются как False — falsy объектами.

К встроенным falsy объектам относятся:

• значение False

  See Also

  Building a Telegram Bot with Python: A Step-by-Step Guide - CamKodepython-telegram-bot v20.7Top 10 Python Libraries to Create Your Telegram Bot Easily (GitHub) – Be on the Right Side of ChangeBuilding Telegram Bot with Python-Telegram-Bot: A Comprehensive Guide

• значение None

• нули числовых типов данных: 0, 0.0, 0j, Decimal(0), Fraction(0, 1)

• пустые последовательности и коллекции: '', (), [], {}, set(), range(0)

Другие объекты встроенных типов данных относятся к truthy объектам. Экземпляры пользовательских классов по умолчанию также являются truthy объектами.

Чтобы привести объекты к значению True или False, используется встроенная функция bool().

Приведенный ниже код:

# falsy объектыprint(bool(False))print(bool(None))print(bool(0))print(bool(0.0))print(bool([]))print(bool(''))print(bool({}))#truthy объектыprint(bool(True))print(bool(123))print(bool(69.96))print(bool('beegeek'))print(bool([4, 8, 15, 16, 23, 42]))print(bool({1, 2, 3}))

выводит:

FalseFalseFalseFalseFalseFalseFalseTrueTrueTrueTrueTrueTrue

Концепция truthy и falsy объектов в Python позволяет работать с условным оператором в более простой манере.

Например, приведенный ниже код:

if len(data) > 0: ...if value == True: ...if value == False: ... 

можно переписать в виде:

if data: ... if value: ... if not value: ...

На картинке ниже представлены примеры упрощенной записи условного оператора с различными объектами Python согласно концепции truthy и falsy объектов:

Оператор not

Как мы уже знаем, операндом оператора not может быть объект любого типа. Если операнд отличен от значений True и False, он оценивается в соответствии с концепцией truthy и falsy объектов. При этом результатом работы оператора not всегда является значение True или False.

Приведенный ниже код:

print(not False)print(not None)print(not 0)print(not 0.0)print(not [])print(not '')print(not {})

выводит:

TrueTrueTrueTrueTrueTrueTrue

Приведенный ниже код:

print(not True)print(not 123)print(not 69.96)print(not 'beegeek')print(not [4, 8, 15, 16, 23, 42])print(not {1, 2, 3})

выводит:

FalseFalseFalseFalseFalseFalse

Операторы and и or

Операндами операторов and и or, как и в случае с not, могут быть объекты любых типов данных. По аналогии с оператором not можно предположить, что результатом работы логических операторов and и or также является значение True или False. Однако на самом деле данные операторы возвращаютодин из своих операндов. Какой именно — зависит от самого оператора.

Приведенный ниже код:

print(None or 0)print(0 or 5)print('beegeek' or None)print([1, 2, 3] or [6, 9])print(1 or 'beegeek' or None)print(0.0 or 'habr' or {'one': 1})print(0 or '' or [6, 9])print(0 or '' or [])print(0 or '' or [] or {})

выводит:

05beegeek[1, 2, 3]1habr[6, 9][]{}

Как мы видим, оператор or оценивает каждый свой операнд как truthy или falsyобъект, однако возвращает не значение True или False, а сам объект по определенному правилу — первыйtruthy объект либо последний объект, еслиtruthyобъекты в логическом выражении не найдены.

Аналогично дело обстоит с оператором and.

Приведенный ниже код:

print(None and 10)print(5 and 0.0)print('beegeek' and {})print([1, 2, 3] and [6, 9])print(1 and 'beegeek' and None)print('habr' and 0 and {'one': 1})print(10 and [6, 9] and [])

выводит:

None0.0{}[6, 9]None0[]

Операторandвозвращает первыйfalsy объект либо последний объект, еслиfalsy объекты в логическом выражении не найдены.

Логические операторы ленивы

Логические операторы в Python являются ленивыми. Это означает, что возвращаемый операнд вычисляется путем оценки истинности всех операндов слева направо до тех пор, пока это остается актуальным:

• если левый операндоператораorявляетсяtruthy объектом, то общим результатом логического выражения являетсяTrue, независимо от значения правого операнда

• если левый операнд оператораandявляетсяfalsy объектом, то общим результатом логического выражения являетсяFalse, независимо от значения правого операнда

Данный механизм называется вычислением покороткой схеме(short-circuit evaluation) и используется интерпретатором для оптимизации вычислений. Рассмотрим наглядный пример, демонстрирующий данное поведение.

Приведенный ниже код:

def f(): print('bee') return 3 if True or f(): print('geek')

выводит:

geek

Левым операндом оператора orявляетсяtruthy объект (значение True), значит, для вычисления общего результата логического выражения нет необходимости вычислять правый операнд, то есть вызывать функцию f(). Поскольку вызова функции не происходит, в выводе отсутствует строка bee. Общим результатом логического выражения является значение True, а значит, выполняются инструкции блока кода условного оператора, и в выводе мы видим строку geek.

Напротив, приведенный ниже код:

def f(): print('bee') return 3 if True and f(): print('geek')

выводит:

beegeek

Левым операндом оператора andявляетсяtruthy объект (значение True), значит, для вычисления общего результата логического выражения необходимо вычислить и правый операнд, то есть вызвать функцию f(). В результате вызова выполняются инструкции из тела функции, поэтому в выводе мы видим строку bee. Функция возвращает число 3, которое также является truthy объектом. Таким образом, общим результатом логического выражения является число 3, а значит, выполняются инструкции блока кода условного оператора, и в выводе мы видим строку geek.

Приоритет логических операторов

Важно помнить о приоритете логических операторов. Ниже логические операторы представлены в порядке уменьшения приоритета (сверху вниз):

1. not

2. and

3. or

Согласно приоритету логических операторов приведенный ниже код:

a = 0b = 7c = 10print(not a and b or not c) # 7

эквивалентен следующему:

a = 0b = 7c = 10print(((not a) and b) or (not c)) # 7

По отношению к другим операторам Python (за исключением оператора присваивания =) логические операторы имеют самый низкий приоритет.

Например, приведенный ниже код:

a = 5b = 7print(not a == b) # True

эквивалентен следующему:

a = 5b = 7print(not (a == b)) # True

Отметим, что запись вида:

a = 5b = 7print(a == not b)

недопустима и приводит к возбуждению исключения SyntaxError.

Для большей наглядности рассмотрим подробно другой пример.

Приведенный ниже код:

print(not 1 == 2 or 3 == 3 and 5 == 6) 

выводит:

True

Согласно приоритету операторов в первую очередь вычисляются выражения 1 == 2, 3 == 3 и 5 == 6, в результате чего исходное выражение принимает вид not False or True and False. Далее выполняется оператор not, возвращая значение True, после него — оператор and, возвращая значение False. Выражение принимает вид True or False. Последним выполняется оператор or, возвращая общий результат выражения — значение True.

Цепочки сравнений

Иногда нам требуется объединить операции сравнения вцепочку сравнений.

Рассмотрим программный код:

a = 5b = 10c = 15print(a < b < c) # True print(a < b and b < c) # True

Выраженияa < b < cиa < b and b < cпредставляют собой сокращенный и расширенный варианты записи цепочки сравнений и являются эквивалентными, так как на самом деле дляобъединения сравнений в сокращенном выраженииa < b < cоператорandиспользуетсянеявно.

Поскольку операторandреализует вычисление покороткой схеме, все сравнения, которые располагаются правее сравнения, вернувшего ложный результат, не выполняются, и их операнды не вычисляются.

Приведенный ниже код:

def f(): print('bee') return 3if 5 < 1 < f(): print('geek')else: print('beegeek')

выводит:

beegeek

В примере выше выражение 5 < 1 < f() эквивалентно выражению 5 < 1 and 1 < f(). Сравнение5 < 1возвращаетFalse. В результате сравнение1 < f()не выполняется, и функцияf()не вызывается.

Тем не менее между сокращенным и расширенным вариантами записи цепочек сравнений существует важное отличие.

Приведенный ниже код:

def f(): print('bee') return 3if 1 < f() < 5: print('geek')

выводит:

beegeek

в то время как приведенный ниже код:

def f(): print('bee') return 3if 1 < f() and f() < 5: print('geek')

выводит:

beebeegeek

Как мы видим, в сокращенном выражении1 < f() < 5функцияf()вызывается только один раз, а в расширенном выражении1 < f() and f() < 5— два раза. Данную особенность важно учитывать, когда операнд, участвующий в сравнении, возвращает непостоянный результат.

Например, приведенный ниже код:

from random import randintdef f(): x = randint(1, 7) print(x) return xprint(1 < f() < 5)print(1 < f() and f() < 5)

выводит (результат может отличаться):

4True75False

В примере выше в сокращенной записи функцияf()вызывается один раз и возвращает значение4. Однако в расширенной записифункцияf()вызывается дважды, возвращая разные значения (7и5).Поэтому в данном случае выражения1 < f() < 5и1 < f() and f() < 5не являются эквивалентными.

Помимо операторов сравнения, в цепочку операторов могут объединяться и другие операторы Python. При этом в некоторых случаях мы можем столкнуться с неожиданным поведением программы из-за аналогичного неявного вызова оператора and.

Например, приведенный ниже код:

lst = [1, 2, 3]num = 2print(num in lst == True)

выводит:

False

Можно подумать, что результатом выражения num in lst == True должно быть значение True, однако это не так. Дело в том, что данное выражение на самом деле эквивалентно выражению num in lst and lst == True, которое, в свою очередь, эквивалентно выражению True and False. Следовательно, результатом данной цепочки операторов является значение False.

Рассмотрим еще два примера с неожиданным поведением.

Приведенный ниже код:

a = 5b = 5c = 10print(a < c is True) print(a == b in [True])

эквивалентен коду:

a = 5b = 5c = 10print(a < c and c is True)print(a == b and b in [True])

и выводит:

FalseFalse

Подведем итоги

Понимание особенностей работы логических операторов критически важно для программирования, поскольку логические выражения используются практически в любой компьютерной программе.

Логические операторыandиorявляются ленивыми операторами. Они возвращают один из своих операндов, реализуя вычисления по короткой схеме. В цепочках операторов операторandможет использоваться неявно. Об этом всегда стоит помнить при объединении различных операторов в одно выражение.

Присоединяйтесь к нашемутелеграм-каналу, будет интересно и познавательно!

❤️ Happy Pythoning! 🐍