G-Fact 19（布尔值上的逻辑非和按位非运算符）

---

布尔运算符是计算机科学中逻辑的基础。它们用于对二进制数据执行逻辑和按位运算。在 Python 中，逻辑非运算符用于否定布尔表达式，而按位非运算符用于反转数字中的位。在这篇博文中，我们将探讨 Python 中布尔值上的逻辑非和按位非运算符。

操作数和真值表

Python 中的布尔运算符有“and”、“or”和“not”。如果两个操作数都为 True，则“and”运算符的结果为 True，否则为 False。“or”运算符如果至少一个操作数为 True，则结果为 True，否则为 False。与操作数的真值相反，“not”运算符产生相反的结果。

以下是“and”和“or”运算符的真值表：

操作数 1	操作数 2	"and"	"or"
True	True	True	True
True	False	False	True
False	True	False	True
False	False	False	False

对于“not”运算符，它只有一个操作数，其真值表如下：

操作数	"not"
True	False
False	True

算法

逻辑非运算符返回布尔表达式的相反值。如果表达式为真，则返回假。如果表达式为假，则结果为真。逻辑非运算符的算法如下：

• 评估布尔表达式。

• 如果表达式为真，则返回假。

• 如果表达式为假，则返回真。

按位非运算符返回数字的补码。它反转数字中的所有位，因此每个 0 变成 1，每个 1 变成 0。按位非运算符的算法如下：

• 将数字转换为二进制。

• 反转所有位。

• 将生成的二进制数转换回十进制。

示例 1：逻辑非运算符

x = True
y = not x
print(y)

输出

False

示例 2：按位非运算符

x = 5  # Decimal 5 is binary 101
y = ~x  # Invert all bits, result is binary -110 (2's complement of 101)
print(y)

输出

-6 

在第一个示例中，我们使用逻辑非运算符来否定 x 的布尔值。结果为假，因为 x 为真。在第二个示例中，我们使用按位非运算符来反转数字 5 中的位。结果为 -6，因为反转的二进制值 (-110) 被解释为 2 的补码数。

示例 3：逻辑非和按位非运算符

x = 7  # Decimal 7 is binary 111
y = not x  # Invert boolean value of x, result is false because x is not zero
z = ~x  # Invert all bits in x, result is binary -1000 (2's complement of 111)
w = not(z > 0)  # Is z greater than 0? Invert boolean result, result is true because z is negative
print(y, z, w) 

输出

False -8 True

在这个例子中，我们首先将十进制值 7 赋给变量 x。然后我们使用逻辑非运算符来反转 x 的布尔值。结果为假，因为 x 不为零。接下来，我们使用按位非运算符来反转 x 中的所有位。结果为二进制 -1000（111 的 2 的补码）。最后，我们使用逻辑非运算符来反转比较 z > 0 的布尔结果。由于 z 为负数，因此结果为真。

应用

逻辑非和按位非运算符可用于各种应用。以下是一些示例：

布尔代数 - 逻辑非运算符用于布尔代数中反转语句的真值。这在逻辑推理和数学证明中很有用。

数据操作 - 按位非运算符可用于翻转二进制数中的位。这在数据操作和编码中很有用。

安全 - 按位非运算符可用于密码学中从密码生成密钥。通过反转密码中的位，生成的密钥更难以猜测。

错误检查 - 按位非运算符可用于错误检查算法，例如网络协议中使用的算法。通过反转消息中的所有位，可以检测和纠正错误。

结论

逻辑非和按位非运算符是 Python 编程中的重要工具。它们允许我们反转布尔表达式和翻转二进制数中的位。这些运算符可用于各种应用，从布尔代数到密码学。通过了解这些运算符的工作原理，我们可以编写更高效、更安全的代码。