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É sabido que para verificar se um determinado elemento não pertence a uma lista basta utilizar o operador in:

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

if 9 not in values:
    print("9 não pertence à lista.")
else:
    print("9 pertence à lista.")

# 9 não pertence à lista.

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E que este operador retorna True quando o elemento pertence à lista em questão ou False caso contrário, podendo ser atribuído tal retorno à uma variável:

condition = 9 in values

print(condition) # False

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Podendo, no caso, utilizar a variável como a condição:

if condition == False:
    print("9 não pertence à lista.")
else:
    print("9 pertence à lista.")

# 9 não pertence à lista.

Porém, se utilizar a expressão com in direto nesta verificação, o resultado é alterado:

if 9 in values == False:
    print("9 não pertence à lista.")
else:
    print("9 pertence à lista.")

# 9 pertence à lista.

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Nesta última sintaxe, o resultado é que 9 pertence à lista (mesmo não pertencendo).

Por que isso ocorre? Esse comportamento é o esperado do Python? Se sim, como ele analisa esta última expressão?

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  • 1
    Criei a pergunta pois julguei ser uma situação no mínimo curiosa que poderia gerar confusão para iniciantes, principalmente quando vindo de outras linguagens, então é esperado que as respostas sejam mais completas possíveis.
    – Woss
    Commented 29/09/2017 às 13:18
  • A única coisa que me vem a cabeça é ordem de precedência. Se protejer o 9 in values com parênteses dá a mesma coisa? Commented 29/09/2017 às 14:18
  • @JoãoVictor Com parênteses produz o resultado esperado.
    – Jéf Bueno
    Commented 29/09/2017 às 14:18
  • @JoãoVictor a resposta seria não e sim, respectivamente. O problema não é a ordem de precedência, mas se colocar os parenteses o resultado é o esperado.
    – Woss
    Commented 29/09/2017 às 14:19
  • O problema é que a ordem de precedência é que o operador == sempre é executado antes do operador in. É como se vc tentasse somar um número para depois dividir e não protejer a soma com parênteses ( a divisão ocorreria primeiro ). O que acontece o codigo em questão é que ele verifica se values é false antes de executar "9 in values". O que faz com que a cláusula retorne true. Commented 29/09/2017 às 14:22

2 Respostas 2

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O que acontece aí é uma pequena confusão, talvez pelo costume com outras linguagens e pela forma pouco "evidente" desta expressão.

Um pouco sobre comparações

Em Python, diferentemente da maioria das linguagens que eu conheço, é possível ter expressões no formato a < b < c. Isso é muito comum na matemática e a interpretação desta expressão em Python se dá da mesma forma.

Por exemplo:

a = 2
b = 3
c = 4

print(a < b < c) 
# True

Veja funcionando no Repl.it

A expressão acima será avaliada como a < b and b < c.

Um pedacinho da documentação que fala sobre isso:

(...) Also unlike C, expressions like a < b < c have the interpretation that is conventional in mathematics (...)

(...) Comparisons can be chained arbitrarily, e.g., x < y <= z is equivalent to x < y and y <= z (...)

Em tradução livre:

(...) Também ao contrário de C, expressões como a < b < c têm a interpretação que é convencional na matemática (...)

(...) Comparações podem ser encadeadas arbitrariamente, por exemplo: x < y <= z é equivalente a x < y and y <= z

O que acontece no seu código

A primeira coisa que vem à cabeça quando se vê a expressão 9 in values == False é que o interpretador deverá avaliar o resultado de 9 in values e depois disto, comparar com False.

Na verdade, a expressão acaba caindo no caso acima e é avaliada para 9 in values and values == False.

O que, por sua vez, é avaliada para False and True e depois disso para False

Por exemplo:

a = 'ana'
b = 'nana'
c = 'banana'

print(a in b in c) 
# True

Veja funcionando no Repl.it

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Sim, este comportamento é o esperado do Python justamente pela forma como ele analisará a expressão, mas tal comportamento não tem relação alguma com a ordem de precedência dos operadores.

O que ocorre é que no Python existe um açúcar sintático para expressões booleanas quando utilizados dois operadores como no problema citado. A expressão real analisada pelo Python será, na verdade, os dois operadores executados de forma independente, repetindo o operando central, unindo os resultados por uma operação lógica and. Em outras palavras, uma expressão como A <op1> B <op2> C, sendo A, B e C os operandos e <op1> e <op2> os operadores, a expressão analisada será (A <op1> B) and (B <op2> C). Neste caso, ao fazer:

if 9 in values == False:
    print("9 não pertence à lista.")
else:
    print("9 pertence à lista.")

O que acontece, de fato, será:

if (9 in values) and (values == False):
    print("9 não pertence à lista.")
else:
    print("9 pertence à lista.")

Onde 9 in values retorna falso e values == False retorna falso; portanto, o resultado final será, também, falso, executando o bloco em else.

Neste caso em especial realmente o resultado parece ser bastante estranho, mas este açúcar sintático é especialmente útil, por exemplo, para verificar se um determinado valor pertence a um intervalo:

if 0 < x < 10:
    print("x está entre 0 e 10")
else:
    print("x é menor que 1 ou maior que 9")

Tal código seria o equivalente a fazer:

if 0 < x and x < 10:
    print("x está entre 0 e 10")
else:
    print("x é menor que 1 ou maior que 9")

Ou ainda equivalente à forma tradicional:

if x > 0 and x < 10:
    print("x está entre 0 e 10")
else:
    print("x é menor que 1 ou maior que 9")

Esse comportamento explica o porquê da primeira forma apresentada na pergunta ser a ideal em Python (modo pythonico):

if 9 not in values:
    print("9 não pertence à lista.")
else:
    print("9 pertence à lista.")

TL;DR

Uma forma de verificar esse comportamento é analisar o bytecode gerado pelo CPython. Para tal, podemos utilizar a biblioteca nativa dis. Para fins de simplificação, consideraremos uma expressão um pouco mais simples, que reproduz o mesmo comportamento do problema abordado:

a < b < c

Onde tentaremos mostrar que a expressão analisada será (a < b) and (b < c).

Obtemos a análise do bytecode desta expressão fazendo:

import dis

print(dis.dis("a < b < c"))

No qual o resultado será:

  1           0 LOAD_NAME                0 (a)
              2 LOAD_NAME                1 (b)
              4 DUP_TOP
              6 ROT_THREE
              8 COMPARE_OP               0 (<)
             10 JUMP_IF_FALSE_OR_POP    18
             12 LOAD_NAME                2 (c)
             14 COMPARE_OP               0 (<)
             16 RETURN_VALUE
        >>   18 ROT_TWO
             20 POP_TOP
             22 RETURN_VALUE

Na própria documentação podemos obter os detalhes de cada operação:

  1. LOAD_NAME coloca o valor associado ao nome a na pilha;
  2. LOAD_NAME coloca o valor associado ao nome b na pilha;
  3. DUP_TOP duplica a referência no topo da pilha;
  4. ROT_THREE sobe o segundo e terceiro valores da pilha uma posição e move o topo para a posição 3;
  5. COMPARE_OP executa a operação < entre os dois valores no topo da pilha, removendo-os, e adiciona o resultado;
  6. JUMP_IF_FALSE_OR_POP define um desvio condicional com base no valor do topo da pilha: se o valor for falso, a execução salta para a linha indicada por >> (item 10 desta lista), caso contrário, o valor do topo da pilha é removido e a execução continua;
  7. LOAD_NAME coloca o valor associado ao nome c na pilha;
  8. COMPARE_OP executa a operação < entre os dois valores no topo da pilha, removendo-os, e adiciona o resultado;
  9. RETURN_VALUE retorna o valor do topo da pilha;
  10. ROT_TWO permuta os dois valores no topo da pilha;
  11. POP_TOP descarta o topo da pilha;
  12. RETURN_VALUE retorna o valor do topo da pilha;

O salto que pode ocorrer entre os itens 6 e 10 é o que chamamos de curto-circuito de uma expressão lógica.

Analisando o bytecode do problema da pergunta

Para o caso da pergunta, vamos considerar a expressão:

9 in values == False

O bytecode gerado é praticamente idêntico ao anterior (o que mostra que a expressão anterior realmente reproduz o mesmo comportamento):

  1           0 LOAD_CONST               0 (9)
              2 LOAD_NAME                0 (values)
              4 DUP_TOP
              6 ROT_THREE
              8 COMPARE_OP               6 (in)
             10 JUMP_IF_FALSE_OR_POP    18
             12 LOAD_CONST               1 (False)
             14 COMPARE_OP               2 (==)
             16 RETURN_VALUE
        >>   18 ROT_TWO
             20 POP_TOP
             22 RETURN_VALUE

As únicas diferenças, de fato, são que para os valores 9 e False são executadas as operações LOAD_CONST, por serem constantes, e não mais LOAD_NAME, referente à variáveis.

Executando, temos:

  1. Adiciona o valor constante 9 à pilha;

      | Stack
    --+--------
    1 | 9
    --+--------
    2 |
    --+--------
    3 |
    
  2. Adiciona o valor values à pilha;

      | Stack
    --+--------
    1 | 9
    --+--------
    2 | values
    --+--------
    3 |
    
  3. Duplica o valor do topo da pilha;

      | Stack
    --+--------
    1 | 9
    --+--------
    2 | values
    --+--------
    3 | values
    
  4. Sobe uma posição o segundo e terceiro valores, movendo o topo para a terceira posição;

      | Stack
    --+--------
    1 | values
    --+--------
    2 | 9
    --+--------
    3 | values
    
  5. Executa o operador in entre os dois valores do topo 9 in values, empilhando o resultado;

      | Stack
    --+--------
    1 | values
    --+--------
    2 | False
    --+--------
    3 | 
    
  6. Se o topo da pilha for falso, pula a execução (pilha permanece inalterada);

  7. Permuta os dois valores do topo da pilha;

      | Stack
    --+--------
    1 | False
    --+--------
    2 | values
    --+--------
    3 | 
    
  8. Descarta o valor do topo da pilha;

      | Stack
    --+--------
    1 | False
    --+--------
    2 | 
    --+--------
    3 | 
    
  9. Retorna o valor do topo da pilha False;

Assim é possível perceber claramente o motivo do else ser executado no problema e que o segundo operador, ==, sequer é analisado, devido ao curto-circuito que ocorre na expressão lógica.

Vale notar que, mesmo que não exista explicitamente o operador and sendo executado, o comportamento "retorne o primeiro operando se for false, se não retorna o segundo" é o comportamento natural do operador and, por isso que é dito que a expressão é avaliada como se existisse and entre as expressões.

Leituras interessantes

Como funciona o operador 'in' no Python

Operações lógicas em Python 2.7

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