Einstieg in Python

Thomas Theis, Dipl. Ing. für Elektrotechnik, verfügt über langjährige Erfahrung als EDV-Dozent, unter anderem an der Fachhochschule Aachen. Er leitet Schulungen zu C/C++, Visual Basic und Webprogrammierung..

1 ... Einführung ... 17
1.1 ... Vorteile von Python ... 17
1.2 ... Verbreitung von Python ... 18
1.3 ... Aufbau des Buchs ... 18
1.4 ... Übungen ... 20
1.5 ... Installation von Python unter Windows ... 20
1.6 ... Installation von Python unter Ubuntu Linux ... 21
1.7 ... Installation von Python unter OS X ... 21
2 ... Erste Schritte ... 23
2.1 ... Python als Taschenrechner ... 23
2.1.1 ... Eingabe von Berechnungen ... 23
2.1.2 ... Addition, Subtraktion und Multiplikation ... 24
2.1.3 ... Division, Ganzzahldivision und Modulo ... 24
2.1.4 ... Rangfolge und Klammern ... 25
2.1.5 ... Variablen und Zuweisung ... 26
2.2 ... Erstes Programm ... 28
2.2.1 ... Hallo Welt ... 28
2.2.2 ... Eingabe eines Programms ... 28
2.3 ... Speichern und Ausführen ... 29
2.3.1 ... Speichern ... 29
2.3.2 ... Ausführen unter Windows ... 30
2.3.3 ... Ausführen unter Ubuntu Linux und unter OS X ... 32
2.3.4 ... Kommentare ... 33
2.3.5 ... Verkettung von Ausgaben ... 34
2.3.6 ... Lange Ausgaben ... 34
3 ... Programmierkurs ... 37
3.1 ... Ein Spiel programmieren ... 37
3.1.1 ... Das fertige Spiel ... 37
3.1.2 ... Der Weg zum fertigen Spiel ... 37
3.1.3 ... Mögliche Erweiterungen ... 38
3.2 ... Variablen und Operatoren ... 38
3.2.1 ... Berechnung und Zuweisung ... 38
3.2.2 ... Eingabe einer Zeichenkette ... 39
3.2.3 ... Eingabe einer Zahl ... 39
3.2.4 ... Spiel, Version mit Eingabe ... 41
3.2.5 ... Zufallszahlen ... 42
3.3 ... Verzweigungen ... 44
3.3.1 ... Vergleichsoperatoren ... 44
3.3.2 ... Einfache Verzweigung ... 44
3.3.3 ... Spiel, Version mit Bewertung der Eingabe ... 45
3.3.4 ... Mehrfache Verzweigung ... 47
3.3.5 ... Logische Operatoren ... 48
3.3.6 ... Mehrere Vergleichsoperatoren ... 50
3.3.7 ... Spiel, Version mit genauer Bewertung der Eingabe ... 51
3.3.8 ... Rangfolge der Operatoren ... 52
3.4 ... Schleifen ... 53
3.4.1 ... for- Schleife ... 54
3.4.2 ... Schleifenabbruch mit »break« ... 54
3.4.3 ... Geschachtelte Kontrollstrukturen ... 55
3.4.4 ... Spiel, Version mit for-Schleife und Abbruch ... 56
3.4.5 ... for- Schleife mit »range()« ... 58
3.4.6 ... Spiel, Version mit »range()« ... 61
3.4.7 ... while- Schleife ... 62
3.4.8 ... Spiel, Version mit while-Schleife und Zähler ... 63
3.5 ... Entwicklung eines Programms ... 65
3.6 ... Fehler und Ausnahmen ... 66
3.6.1 ... Basisprogramm ... 66
3.6.2 ... Fehler abfangen ... 67
3.6.3 ... Eingabe wiederholen ... 69
3.6.4 ... Exkurs: Schleifenfortsetzung mit »continue« ... 70
3.6.5 ... Spiel, Version mit Ausnahmebehandlung ... 71
3.7 ... Funktionen und Module ... 73
3.7.1 ... Einfache Funktionen ... 74
3.7.2 ... Funktionen mit einem Parameter ... 75
3.7.3 ... Funktionen mit mehreren Parametern ... 77
3.7.4 ... Funktionen mit Rückgabewert ... 77
3.7.5 ... Spiel, Version mit Funktionen ... 78
3.8 ... Das fertige Spiel ... 80
4 ... Datentypen ... 85
4.1 ... Zahlen ... 85
4.1.1 ... Ganze Zahlen ... 85
4.1.2 ... Zahlen mit Nachkommastellen ... 87
4.1.3 ... Operator ** ... 88
4.1.4 ... Rundung und Konvertierung ... 88
4.1.5 ... Modul »math« ... 90
4.1.6 ... Bitoperatoren ... 91
4.1.7 ... Brüche ... 94
4.2 ... Zeichenketten ... 97
4.2.1 ... Eigenschaften ... 97
4.2.2 ... Operatoren ... 98
4.2.3 ... Operationen ... 99
4.2.4 ... Funktionen ... 102
4.2.5 ... Umwandlung von einer Zeichenkette in eine Zahl ... 105
4.2.6 ... Umwandlung von einer Zahl in eine Zeichenkette ... 107
4.2.7 ... Datentyp »bytes« ... 108
4.3 ... Listen ... 109
4.3.1 ... Eigenschaften ... 109
4.3.2 ... Operatoren ... 111
4.3.3 ... Funktionen und Operationen ... 112
4.4 ... Tupel ... 115
4.4.1 ... Eigenschaften ... 115
4.4.2 ... Operationen ... 116
4.4.3 ... Tupel entpacken ... 117
4.5 ... Dictionarys ... 120
4.5.1 ... Eigenschaften ... 120
4.5.2 ... Funktionen ... 121
4.5.3 ... Views ... 122
4.5.4 ... Vergleiche ... 124
4.6 ... Mengen, Sets ... 125
4.6.1 ... Eigenschaften ... 125
4.6.2 ... Funktionen ... 126
4.6.3 ... Operatoren ... 128
4.6.4 ... Frozenset ... 130
4.7 ... Wahrheitswerte und Nichts ... 131
4.7.1 ... Wahrheitswerte True und False ... 131
4.7.2 ... Nichts, None ... 134
4.8 ... Referenz, Identität und Kopie ... 136
4.8.1 ... Referenz und Identität ... 136
4.8.2 ... Ressourcen sparen ... 138
4.8.3 ... Objekte kopieren ... 139
5 ... Weiterführende Programmierung ... 141
5.1 ... Allgemeines ... 141
5.1.1 ... Kombinierte Zuweisungsoperatoren ... 141
5.1.2 ... Programmzeile in mehreren Zeilen ... 143
5.1.3 ... Eingabe mit Hilfestellung ... 144
5.1.4 ... Anweisung »pass« ... 145
5.1.5 ... Funktionen »eval()« und »exec()« ... 147
5.2 ... Ausgabe und Formatierung ... 148
5.2.1 ... Funktion »print()« ... 148
5.2.2 ... Formatierte Ausgabe mit »format()« ... 151
5.2.3 ... Formatierte Ausgabe wie in C ... 155
5.3 ... Conditional Expression ... 156
5.4 ... Iterierbare Objekte ... 157
5.4.1 ... Funktion »zip()« ... 157
5.4.2 ... Funktion »map()« ... 158
5.4.3 ... Funktion »filter()« ... 160
5.5 ... List Comprehension ... 161
5.6 ... Fehler und Ausnahmen ... 163
5.6.1 ... Allgemeines ... 163
5.6.2 ... Syntaxfehler ... 163
5.6.3 ... Laufzeitfehler ... 165
5.6.4 ... Logische Fehler und Debugging ... 165
5.6.5 ... Fehler erzeugen ... 170
5.6.6 ... Unterscheidung von Ausnahmen ... 171
5.7 ... Funktionen ... 172
5.7.1 ... Variable Anzahl von Parametern ... 173
5.7.2 ... Benannte Parameter ... 174
5.7.3 ... Voreinstellung von Parametern ... 175
5.7.4 ... Mehrere Rückgabewerte ... 176
5.7.5 ... Übergabe von Kopien und Referenzen ... 177
5.7.6 ... Lokal, global ... 180
5.7.7 ... Lambda- Funktion ... 181
5.7.8 ... Funktionsname als Parameter ... 182
5.8 ... Eingebaute Funktionen ... 183
5.8.1 ... Funktionen »max()«, »min()« und »sum()« ... 185
5.8.2 ... Funktionen »chr()« und »ord()« ... 186
5.8.3 ... Funktionen »reversed()« und »sorted()« ... 187
5.9 ... Statistikfunktionen ... 188
5.10 ... Eigene Module ... 190
5.10.1 ... Eigene Module erzeugen ... 190
5.10.2 ... Eigene Module verwenden ... 190
5.11 ... Parameter der Kommandozeile ... 192
5.11.1 ... Übergabe von Zeichenketten ... 192
5.11.2 ... Übergabe von Zahlen ... 193
5.11.3 ... Beliebige Anzahl von Parametern ... 193
6 ... Objektorientierte Programmierung ... 195
6.1 ... Was ist OOP? ... 195
6.2 ... Klassen, Objekte und eigene Methoden ... 196
6.3 ... Konstruktor und Destruktor ... 198
6.4 ... Besondere Methoden ... 200
6.5 ... Operatormethoden ... 201
6.6 ... Referenz, Identität und Kopie ... 202
6.7 ... Vererbung ... 204
6.8 ... Mehrfachvererbung ... 207
6.9 ... Enumerationen ... 209
6.10 ... Spiel, objektorientierte Version ... 211
7 ... Verschiedene Module ... 215
7.1 ... Datum und Zeit ... 215
7.1.1 ... Spielen mit Zeitangabe ... 215
7.1.2 ... Aktuelle Zeit ausgeben ... 215
7.1.3 ... Zeitangabe erzeugen ... 219
7.1.4 ... Mit Zeitangaben rechnen ... 220
7.1.5 ... Programm anhalten ... 222
7.1.6 ... Spiel, Version mit Zeitmessung ... 223
7.1.7 ... Spiel, objektorientierte Version mit Zeitmessung ... 225
7.2 ... Modul »collections« ... 226
7.3 ... Multithreading ... 228
7.3.1 ... Wozu dient Multithreading? ... 229
7.3.2 ... Erzeugung eines Threads ... 229
7.3.3 ... Identifizierung eines Threads ... 230
7.3.4 ... Gemeinsame Objekte ... 232
7.3.5 ... Threads und Exceptions ... 233
7.4 ... Reguläre Ausdrücke ... 234
7.4.1 ... Suchen von Teiltexten ... 235
7.4.2 ... Ersetzen von Teiltexten ... 239
7.5 ... Audio- Ausgabe ... 241
8 ... Dateien ... 243
8.1 ... Dateitypen ... 243
8.2 ... Öffnen und Schließen einer Datei ... 244
8.3 ... Sequentielle Dateien ... 245
8.3.1 ... Sequentielles Schreiben ... 245
8.3.2 ... Sequentielles Lesen ... 247
8.3.3 ... CSV- Datei schreiben ... 252
8.3.4 ... CSV- Datei lesen ... 254
8.4 ... Dateien mit festgelegter Struktur ... 256
8.4.1 ... Formatiertes Schreiben ... 256
8.4.2 ... Lesen an beliebiger Stelle ... 258
8.4.3 ... Schreiben an beliebiger Stelle ... 259
8.5 ... Serialisierung ... 261
8.5.1 ... Objekte in Datei schreiben ... 261
8.5.2 ... Objekte aus Datei lesen ... 263
8.6 ... Bearbeitung mehrerer Dateien ... 264
8.7 ... Informationen über Dateien ... 266
8.8 ... Dateien und Verzeichnisse verwalten ... 267
8.9 ... Beispielprojekt Morsezeichen ... 269
8.9.1 ... Morsezeichen aus Datei lesen ... 269
8.9.2 ... Ausgabe auf dem Bildschirm ... 271
8.9.3 ... Ausgabe mit Tonsignalen ... 272
8.10 ... Spiel, Version mit Highscore-Datei ... 274
8.10.1 ... Eingabebeispiel ... 274
8.10.2 ... Aufbau des Programms ... 275
8.10.3 ... Code des Programms ... 275
8.11 ... Spiel, objektorientierte Version mit Highscore- Datei ... 280
9 ... Internet ... 285
9.1 ... Laden und Senden von Internetdaten ... 285
9.1.1 ... Daten lesen ... 286
9.1.2 ... Daten kopieren ... 289
9.1.3 ... Daten senden per GET ... 289
9.1.4 ... Daten senden per POST ... 293
9.2 ... Webserver- Programmierung ... 296
9.2.1 ... Erstes Programm ... 296
9.2.2 ... Beantworten einer Benutzereingabe ... 298
9.2.3 ... Formularelemente mit mehreren Werten ... 301
9.2.4 ... Typen von Formularelementen ... 303
9.3 ... Browser aufrufen ... 309
9.4 ... Spiel, Version für das Internet ... 309
9.4.1 ... Eingabebeispiel ... 309
9.4.2 ... Aufbau des Programms ... 311
9.4.3 ... Code des Programms ... 312
10 ... Datenbanken ... 319
10.1 ... Aufbau von Datenbanken ... 319
10.2 ... SQLite ... 320
10.2.1 ... Datenbank, Tabelle und Datensätze ... 320
10.2.2 ... Daten anzeigen ... 323
10.2.3 ... Daten auswählen, Operatoren ... 324
10.2.4 ... Operator »LIKE« ... 326
10.2.5 ... Sortierung der Ausgabe ... 328
10.2.6 ... Auswahl nach Eingabe ... 329
10.2.7 ... Datensätze ändern ... 331
10.2.8 ... Datensätze löschen ... 333
10.3 ... SQLite auf dem Webserver ... 334
10.4 ... MySQL ... 336
10.4.1 ... XAMPP und Connector / Python ... 337
10.4.2 ... Datenbank erzeugen ... 337
10.4.3 ... Tabelle anlegen ... 338
10.4.4 ... Datensätze anlegen ... 340
10.4.5 ... Daten anzeigen ... 341
10.5 ... Spiel, Version mit Highscore-Datenbank ... 342
10.6 ... Spiel, objektorientierte Version mit Highscore- Datenbank ... 345
11 ... Benutzeroberflächen ... 347
11.1 ... Einführung ... 347
11.1.1 ... Eine erste GUI-Anwendung ... 347
11.1.2 ... Ändern von Eigenschaften ... 349
11.2 ... Widget- Typen ... 351
11.2.1 ... Anzeigefeld, Label ... 351
11.2.2 ... Einzeilige Textbox, Entry ... 354
11.2.3 ... Versteckte Eingabe ... 356
11.2.4 ... Mehrzeilige Textbox, Text ... 358
11.2.5 ... Scrollende Textbox, ScrolledText ... 360
11.2.6 ... Listbox mit einfacher Auswahl ... 361
11.2.7 ... Listbox mit mehrfacher Auswahl ... 363
11.2.8 ... Scrollbar, scrollende Widgets ... 365
11.2.9 ... Radiobuttons zur Auswahl, Widget- Variablen ... 367
11.2.10 ... Radiobuttons zur Auswahl und Ausführung ... 369
11.2.11 ... Checkbuttons zur mehrfachen Auswahl ... 371
11.2.12 ... Schieberegler, Scale ... 373
11.2.13 ... Mausereignisse ... 375
11.2.14 ... Tastaturereignisse ... 379
11.3 ... Geometrische Anordnung von Widgets ... 381
11.3.1 ... Frame- Widget, Methode »pack()« ... 381
11.3.2 ... Ein einfacher Taschenrechner ... 384
11.3.3 ... Methode »grid()« ... 388
11.3.4 ... Methode »place()«, absolute Koordinaten ... 390
11.3.5 ... Methode »place()«, relative Koordinaten ... 391
11.3.6 ... Absolute Veränderung von Koordinaten ... 393
11.3.7 ... Relative Veränderung von Koordinaten ... 395
11.4 ... Menüs, Messageboxen und Dialogfelder ... 398
11.4.1 ... Menüleisten ... 398
11.4.2 ... Kontextmenüs ... 403
11.4.3 ... Messageboxen ... 407
11.4.4 ... Eigene Dialogfelder ... 411
11.4.5 ... Ausführung verhindern ... 413
11.5 ... Spiel, GUI-Version ... 414
12 ... Neues in Python 3 ... 421
12.1 ... Neue und geänderte Eigenschaften ... 421
12.1.1 ... Auffällige Änderungen ... 421
12.1.2 ... Weitere Änderungen ... 422
12.2 ... Konvertierung von Python 2 zu Python 3 ... 423
13 ... Raspberry Pi ... 425
13.1 ... Einzelteile und Installation ... 425
13.1.1 ... Einzelteile ... 425
13.1.2 ... Sicherheit und Schäden ... 427
13.1.3 ... Zusammenbau ... 428
13.1.4 ... Installation ... 429
13.1.5 ... Update ... 429
13.1.6 ... WLAN und Internet ... 430
13.2 ... Elektronische Schaltungen ... 430
13.2.1 ... Gleichspannungs-Stromkreis ... 430
13.2.2 ... Spannung ist Information ... 431
13.2.3 ... Bauelemente und Ausrüstung ... 431
13.2.4 ... Widerstände ... 432
13.3 ... Aufbau des GPIO-Anschlusses ... 434
13.4 ... Leuchtdiode ... 436
13.4.1 ... Schaltung ... 436
13.4.2 ... LED ein- und ausschalten ... 437
13.4.3 ... LED blinken lassen ... 437
13.4.4 ... LED blinkt Morsezeichen ... 438
13.5 ... Taster ... 439
13.5.1 ... Schaltung ... 439
13.5.2 ... Einfache Prüfung des Tasters ... 440
13.5.3 ... Verbesserte Prüfung des Tasters ... 441
13.6 ... Messwerte ermitteln ... 442
13.6.1 ... Schaltung ... 442
13.6.2 ... Programm zum Ermitteln der Messwerte ... 443
13.6.3 ... Vorbereitung ... 443
13.7 ... Messwerte in Datenbank speichern ... 444
13.7.1 ... Datenbank erstellen ... 445
13.7.2 ... Messen und Speichern ... 445
13.7.3 ... Anzeige der Daten ... 447
... Anhang ... 449
A.1 ... Installation von XAMPP ... 449
A.1.1 ... Installation von XAMPP unter Windows ... 449
A.1.2 ... Installation von XAMPP unter Ubuntu Linux ... 450
A.1.3 ... Installation von XAMPP unter OS X ... 451
A.2 ... UNIX- Befehle ... 451
A.2.1 ... Inhalt eines Verzeichnisses ... 452
A.2.2 ... Verzeichnis anlegen, wechseln und löschen ... 452
A.2.3 ... Datei kopieren, verschieben und löschen ... 453
A.3 ... Lösungen ... 454
A.3.1 ... Lösungen zu Kapitel 2 ... 454
A.3.2 ... Lösungen zu Kapitel 3 ... 455
A.3.3 ... Lösungen zu Kapitel 5 ... 461
... Index ... 463