Programmierung I Basics (in Python)

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1 Intro Programmierung I Basics (in Python) Wintersemester 2004/2005 University Bonn Dr. Gabriel Zachmann Skript-Sprache Erfinder: Guido von Rossum Entstehung: 1987 Web-Seite: Newsgroup: comp.lang.python Noch relativ aktiv weiterentwickelt (PEPs): Python Enhancement Proposal Wohldefinierte Prozedur unter Einbeziehung der Community Programming Languages History Woraus besteht ein Programm? Abstrakt: Zeichenfolge entsprechend einer formalen Grammatik Formale Grammatik besteht aus Regeln folgender Art: statement-list : ; [leeres Statement] statement ; statement-list Terminale sind Zeichen eines Alphabets Spätere Vorlesung zu formalen Sprachen Konkret: Wörter (Identifier) und Zahlen (Literals) Operatoren (+, %, &, ) Sonstige Sonderzeichen (fast jedes hat eine eigene Bedeutung) Kommentare Identifier Werden ignoriert Startet mit #, bis zum Ende der Zeile x = 10; # Bedeutung der Variable # Kommentarzeile Anderes Wort für Name (Variablename, Funktionsname, Keywordname) Zeichenkette Zugelassen: alphanumerische Zeichen und Underscore (_) Erstes Zeichen darf nicht Ziffer sein blub und _bla sind ok 2pi nicht ok Kein Limit auf Länge Case-sensitiv

2 Keywords Eingebaute (built-in) Wertarten (Typen) Wörter mit spezieller Bedeutung Sind reserviert, kann man nicht als Namen verwenden Keywords in Python and del for is raise assert elif from lambda return break else global not try class except if or while continue exec import pass yield def finally in print int : Integers (ganze Zahlen) bool : Wahrheitswerte float : Floating-Point-Zahlen (floats) ("reelle Zahlen") str : Strings (Zeichenketten) Höhere Datenstrukturen List : später Komplexe zahlen, Dictionary, Map, Sequence, Set, Module, File, Literale Variablen Zahlen 123 O123 0x123 int's, decimal, octal, hex 123l long integer 3.14f 3.14 floats 3e e-1 scientific notation Strings "" null string ( \0 ) "name" n a m e \0 "a \"string\"" prints: a "string" "a string " string concatenation for "spanning two lines" better readability Spezielle Zeichen in Strings (escape sequence) \n newline \r carriage return \t tab \b backspace \ double quote \f form feed \\ backslash \0 null character \ single quote \x041 hex, A Ähnliche Funktion wie in Mathematik, speichert Wert Variable = Name und Wert In Python: Variablen haben keinen Typ Ist nur Zeiger auf Wert im Speicher, kann beliebig oft geändert werden Braucht nicht deklariert werden Erzeugung / Initialisierung: Bool (Wahrheitswerte) False, 0, None, "" falsch Alles andere, z.b.: wahr True, 1, "0", 0.1, pi = # erzeugt Variable seconds_per_day = 60*60*24 # dito seconds_per_day = # ändert Wert Wertebereiche Style Guidelines für Variablen Jeder Typ hat bestimmten Wertebereich Plattform-abhängig! Symbolische Konstanten: import sys print sys.maxint import kinds print kinds.default_float_kind.min Style Guidelines sind sehr wichtig: Lesbarkeit Wartbarkeit des Programms "Kleine" Variablen: Laufvariablen, Variablen mit sehr kurzer Lebensdauer 1-3 Buchstaben i,j,k, für int's a,b,c,x,y,z für float's "Große" Variablen: Längere Lebensdauer, größere Bedeutung Labeling names! ("Sprechende Namen") mein_alter, meinalter, determinante,

3 Operatoren und Ausdrücke Ausdruck ("expression") = mathematischer Term Beispiel: sin(x)*sin(2*x) FORTRAN (Formula Translator) war Ende der 50er Jahre die erste Programmiersprache mit dieser Fähigkeit Ausdruck setzt sich zusammen aus: Literalen (Konstanten), Variablen, Funktionen Operatoren Klammern Übliche Regeln Arithm. Operator Meaning -i +w unary + and - a*b a/b i%2 mult., div., modulo a+b a-b binary + and - i=3 a=3.0 int/float assignment Bit-wise Operators ~ i bitwise Complement i & j bitwise AND i j bitwise OR i ^ j bitwise XOR i << n left shift (n positions) i >> n right shift (n positions) Assignment op. x = y Bsp.: x -= y x /= y x &= y equivalent x = x (y) x = x - y x = x / y x = x & y Relational Operators < less than > greater than <= less or equal >= greater or equal == equals!= not equal Boolean Operators not unary not and logical and or logical or Ganzzahlarithmetik Float-Arithmetik Wertebereich Typischerweise (32-bit int's) Overflow: Kein Überlauf in Python! Integers können beliebig lang werden Division: Operanden bestimmen, ob Integer- oder Float-Division! Bsp.: 3/2 1, 3.0/2 1.5 Rundet nach unten (oder zur 0)! Beispiel: 3/2 == 1, und -3/2 == -2 Division und Modulo: (x/y)*y + x%y == x Implementiert IEEE Standard Überlauf ("overflow"): Zahl wird zu groß / zu klein Beispiel: max.float * 2 Resultat = + bzw. - Underflow: Zahlen liegen zu dicht an der 0 Resultat = +0.0 bzw NaN (Not a Number) (in C++): Rechnungen, wo kein sinnvoller Wert rauskommt Bsp.: 1/0, *0, sqrt(-1.0) In Python: Fehlermeldung Vergleichsoperatoren Richtiger Vergleich von Floating-Point-Werten Operanden sollten gleichen Typ haben Resultat: Wahrheitswert (in Python: 0 oder 1) Achtung: verwechsle nicht = und ==! Verwendung von == ist fast immer ein Bug! Bsp.: in Qt 3.1 findet man (qwmatrix.h) bool isinvertible() { return (m11*m22 - m12*m21)!= 0; } Meistens wollen wir "Gleichheit bis auf Rundungsfehler" Bessere Technik: "epsilon guard" Noch besser: if fabsf(f1 f2) < 1E-5 : # Gleichheit if abs(f1 f2) < 1E-5*f1 :

4 Bit-Operatoren Präzedenz und Assoziativität Für integrale Typen definiert (int,...) Wert wird als Bitmuster betrachtet Beispiele: x y x & y x y x ^ y ~x ~y Beispiele: if x & 1 : # x is odd else: # x is even x = x >> 2; # = x / 4 x &= 0x11; # = x % 4 x = x << 3; # = x * 8 Englisch: "precedence" & "associativity" ("grouping") Ohne diese ist ein Ausdruck der Art a+b*c nicht eindeutig Präzedenz: Reihenfolge der Auswertung der Operatoren Assoziativität: Reihenfolge bei Operatoren gleicher Präzedenz Achtung: Reihenfolge der Auswertung der Operanden normalerweise nicht festgelegt! Bsp.: x = f(y) + f(z) wird zuerst f(y) oder f(z) ausgewertet? Macht Unterschied, falls f() Nebeneffekte hat Fazit: Nebeneffekte sind schlechter Stil! Präzedenz-Tabelle Short circuit logic bei Boole'schen Ausdrücken Präzedenz Operator Grouping [] () ~ + - R-L * / % + - << >> < >= ==!= & ^ not and or = += = R-L Nicht ganz vollständig Einrahmen und über den Monitor hängen! and und or werden von links nach rechts ausgewertet Falls Wahrheitswert feststeht, keine weitere Auswertung! true or x true false and x false Im Standard festgelegt Kann sehr praktisch sein, kann Performance steigern Nicht einsetzen in komplexen Ausdrücken Dokumentieren! Beispiel: if foo(x) and foo(y) : Listen Statements (Anweisungen) Folge beliebiger Werte Beispiele von Listen-Literalen: l = [ 1, 2, 3 ] l = [ "null", "acht", 15 ] Erzeugen einer Liste von Zahlen mit range : Syntax: range(start[,stop[,step]]) Beispiel: x = range(0,100) # 0,..., 99 x = range(10) # 0,..., 9 Die Bausteine eines Programms mit Effekt (normalerweise) Programm ist lange Liste von Anweisungen Stil: eine Anweisung pro Zeile (kein Semikolon nötig) Anweisung = Leere Anweisung ( pass ) Ausdruck (nicht alle haben einen Effekt) Deklarationen (Funktionen, Klassen, ; später) Kontrollfluß-Statement (demnächst) Zugriff auf einzelnes Element: print x[1]

5 Beispiele: i = j i += 1 x + y z = x + y print z*y