问题

为什么python整数除法运算得浮点数?

回答
很多人会疑惑,为什么在Python里,两个整数相除,结果却是浮点数?尤其是在数学概念里,我们更习惯于看到整数除以整数得到一个整数(如果整除的话)。这背后其实反映了Python语言设计的一个非常重要的考量和哲学。

我们来好好拆解一下这个问题,看看Python是怎么做的,以及为什么它要这样做。

核心原因:Python 3 的除法默认是“真除法”(True Division)

在Python 3中,当你使用 `/` 这个运算符进行除法时,它执行的是“真除法”。这什么意思呢?简单来说,就是它总是返回一个浮点数,即使两个整数可以整除。

比如:

```python
print(10 / 2)
print(9 / 3)
print(7 / 2)
```

你会发现,这三行的输出分别是:

```
5.0
3.0
3.5
```

注意,即使 `10 / 2` 和 `9 / 3` 的结果在数学上是整数 `5` 和 `3`,Python 3 依然给它们加上了 `.0`,显示为浮点数。

为什么Python 3要这样做?

这背后有几个非常重要的理由,关乎代码的清晰性、一致性和避免潜在的错误:

1. 消除歧义,增加代码的可读性: 在很多编程语言中,存在两种除法:一种是“整数除法”(或称截断除法),它只保留商的整数部分,丢弃小数部分;另一种是“浮点数除法”,它进行精确的除法运算并返回浮点数。

在Python 2中, `/` 运算符的行为是取决于操作数的类型的。如果两个操作数都是整数,那么 `/` 就是整数除法。如果其中一个操作数是浮点数,那么 `/` 就是浮点数除法。

例如,在Python 2中:
```python
print 10 / 2 输出 5 (整数)
print 7 / 2 输出 3 (整数除法,丢弃了.5)
print 7.0 / 2 输出 3.5 (浮点数除法)
```

这种行为会导致一个非常头疼的问题:同一个运算符 `/` 在不同的情况下表现不同,这极大地增加了代码的歧义性。 你需要时刻检查操作数的类型才能预测除法的结果。尤其是在从旧代码迁移到新项目时,这种行为差异很容易导致隐藏的bug。

Python 3的设计者们认为,让同一个运算符在不同类型下有不同行为,是一种不好的设计。他们希望运算符的行为是一致的。因此,他们决定让 `/` 运算符始终执行浮点数除法,无论操作数是整数还是浮点数。这样,代码的意图就非常明确了:你就是想进行标准的、精确的除法运算,结果自然应该是浮点数。

2. 更符合数学的通用定义: 在很多数学场景下,除法本身就是一个产生有理数(可以表示为分数)的操作。而浮点数是计算机表示实数的一种方式。当一个数可以被另一个数整除时,它仍然可以被表示为一个带 `.0` 的浮点数,这并不违反数学的通用定义。

3. 面向未来,避免截断错误: 很多时候,程序员可能会忘记 `/` 在Python 2中是整数除法,然后期望得到一个精确的结果,结果却得到了一个被截断的整数,这会导致细微但难以察觉的错误。通过默认浮点数除法,这种潜在的错误就被避免了。

那如果我就是想要整数除法怎么办?

别担心,Python 提供了专门的运算符来执行你想要的“整数除法”,也就是我们常说的“地板除”或“整除”。这就是使用 `//` 运算符:

```python
print(10 // 2)
print(9 // 3)
print(7 // 2)
print(7 // 2)
```

输出:

```
5
3
3
4
```

`//` 运算符会进行除法,然后向下取整(floor),得到最接近且小于等于结果的整数。这就是它与 `/` 的根本区别。

`10 / 2` 是 `5.0`,向下取整还是 `5`。
`9 / 3` 是 `3.0`,向下取整还是 `3`。
`7 / 2` 是 `3.5`,向下取整是 `3`。
`7 / 2` 是 `3.5`,向下取整是 `4`(记住,向下取整是朝负无穷方向)。

总结一下:

Python 3 的 `/` 除法运算符默认执行的是“真除法”,它总是返回一个浮点数。这样做是为了:

消除 `` 在不同操作数类型下行为不一致的歧义。
使代码意图更清晰,即进行标准的、精确的除法。
避免因默认截断而产生的潜在错误。

如果你需要进行“整数除法”(即地板除),则应使用 `//` 运算符。

这种设计是Python语言成熟度和对开发者体验负责任的一种体现,虽然一开始可能会让习惯了其他语言的开发者感到 sedikit 不适应,但从长远来看,它使得Python代码更加健壮和易于理解。

网友意见

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整数 不等于 整型。

你的问题应该是,两个整型相除为什么得到浮点型……

如果一定要说就是规定如此。

事实上数值运算的时候类型发生变化是非常正常的事情……

例如在C语言里面,整型与浮点型计算得到浮点型。

你说俩类型相同的加减不会得到其他类型?


C#里面俩short做各种运算会得到int的结果。

这没什么值得大惊小怪的……

DateTime相减还会得到TimeSpan呢……



事实上整型的除法才是不符合直觉的吧……

之所以要设计成那样,是因为整型需要用来做精确计算。

浮点数无法做精确计算,如果直接转换为浮点数计算除法,就会产生精度丢失。

当然有人会说直接向下取整岂不是丢的更多?

事实上这是错误的,因为丢失的部分精确的等于取余运算的结果,也就是说对于C语言而言:

a/b*b+a%b===a

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