Grundlagen von Python

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1 Einführung in Python Grundlagen von Python Felix Döring, Felix Wittwer November 17, 2015

2 Scriptcharakter Programmierparadigmen Imperatives Programmieren Das Scoping Problem Objektorientiertes Programmieren Klassen und Attribute Methoden Spezielle Methoden

3 Scriptcharakter Beim Ausführen oder Importieren wird der Code im obersten Level des Moduls (der.py Datei) ausgeführt Funktionen, Klassen und globale Variablen werden üblicherweise auf dem obersten Level definiert Imports anderer Python Module werden auch hier ausgeführt

4 Scriptcharakter 1 d e f main ( ) : 2 p a s s 3 4 i f name == main : 5 main ( ) Soll das entsprechende Modul ausführbar sein und nicht nur als Bibliothek dienen, definiert man üblicherweise eine main-funktion. Zusätzlich fügt man am Ende des Moduls die Boilerplate ein.

5 Scriptcharakter Python Code wird nicht kompiliert, sondern beim importieren in Python Bytecode übersetzt Bytecode wird auf einer VM ausgeführt Kein Memory Management nötig, alles sind Referenzen Syntaxerror wird beim Importieren geworfen Andere Fehler findet man erst, wenn die betreffende Zeile ausgeführt wird.

6 Programmierpradigmen Python ist vor allem eine imperative und objektorientierte Sprache reine Funktionen und Variablen können auf oberster Ebene definiert werden Variablen, Klassen und Funktionen sind ab der Ebene sichtbar, in der sie eingeführt werden

7 Das Problem mit dem Scope 1 v a r = d e f f o o ( ) : 4 # e r w a r t e t e r Effekt : var wird auf 9 ge setzt 5 v a r = d e f main ( ) : 8 p r i n t ( v a r ) # > g i b t 12 z u r u e c k 9 f o o ( ) 10 p r i n t ( v a r ) # > E r w a r t u n g : g i b t 9 a u s. 11 # R e a l i t a e t : g i b t 12 a u s i f name == main : 14 main ( ) Das Problem: Variablen sind zwar nach innen sichtbar, werden aber beim Reassignment innerhalb der Funktion neu angelegt und verschwinden so aus dem Scope.

8 Die Lösung 1 v a r = d e f f o o ( ) : 4 g l o b a l v a r 5 # g l o b a l s a g t dem I n t e r p r e t e r, d a s s e r h i e r a u f d i e o b e r h a l b d e f i n i e r t e V a r i a b l e z u r u e c k g r e i f e n s o l l 6 v a r = d e f main ( ) : 9 p r i n t ( v a r ) # > g i b t 12 z u r u e c k 10 f o o ( ) 11 p r i n t ( v a r ) # > g i b t j e t z t 9 a u s i f name == main : 14 main ( )

9 Objektorientiertung Python ist auch fundamental objektorientiert Alles in Python ist ein Objekt Selbst die Datentypen int, bool, str und type sind Instanzen von object und haben folglich Methoden und Attribute Der Typ jedes Wertes und jeder Variable lässt sich mit type() ermitteln

10 Klassen und Attribute Typen in Python werden ausgedrückt durch Klassen (Keyword class) Klassen dienen als Vorlage bzw. Schablone -> Objekte sind dann Instanzen davon Die Besonderheit: alle Variablen und Werte sind Instanzen von object object und alle Typen selbst sind widerum Objekte, genauer gesagt Instanzen vom Typ type und type widerum ist eine Subklasse von object.

11 Klassen und Attribute Klassen und Objekte können selbst auch Variablen tragen (ähnlich wie in Java) Man unterscheidet dabei zwischen Klassenattributen und Instanzattributen Klassenattribute werden für die Klasse definiert und sind für alle Instanzen gleich Instanzattribute werden außerhalb der Klassendefnition hinzugefügt (normalerweise im Initialisierer) und sind für jede Instanz unterschiedlich.

12 Klassen und Attribute Zugriff auf Attribute über Punktnotation (wie in Ruby/Java) Attribute werden wie Variablen mithilfe von = gesetzt Man kann Objekten jederzeit neue Attribute hinzufügen (auch type-objekten) Ist außerhalb des Initialisierers nicht empfehlenswert

13 Methoden Methoden sind Funktionen Allgemeiner Typ von Methoden ist daher function Methoden liegen im Namespace der zugehörigen Klasse, müssen daher mit ClassName.method_name() angesteuert werden (oder auf dem Objekt aufgerufen werden) Methoden haben ein implizites erstes Argument (typischerweise "self" genannt, kann aber variieren) Beim Aufruf auf einer Instanz wird das Objekt selbst automatisch übergeben

14 Methoden Dies sind Methoden die auf den meisten Grundlegenden Datenstrukturen implementiert sind, z.b. object. Die Folgenden beginnen und enden normalerweise mit zwei Unterstrichen. Initialisierer Oft auch (fälschlicherweise) Konstruktor genannt. Name: init Wird immer aufgerufen wenn eine neue Instanz der Klasse erstellt wird. Finalisierer Oft auch (fälschlicherweise) Destructor genannt. Name: del Wird immer aufgerufen wenn das Objekt vom Garbage Collector aufgeräumt wird. (selten verwendet) String Konvertierer Äquivalent zu Java s tostring Methode. Name: str String Repräsentation Ähnlich wie str aber gedacht für eine für Debug verwendbare Repräsentation anstatt für Output wie str.

15 Klassen- und Objektattribute im Detail Klassenattribute sind für jede Instanz eines Objektes gleich. 1 c l a s s T e s t C l a s s : 2 # j e d e r I n s t a n z w i r d b e i E r s t e l l u n g b e r e i t s d i e s e s A t t r i b u t z u g e w i e s e n 3 num = d e f main ( ) : 6 a = TestClass ( ) 7 b = TestClass ( ) 8 # b e i d e V a r i a b l e n haben f u e r num von d e r E r s t e l l u n g an den g l e i c h e n Wert 9 10 # d a s Aendern d e r V a r i a b l e u e b e r s c h r e i b t d a s K l a s s e n a t t r i b u t m i t einem I n s t a n z a t t r i b u t 11 a. num = 3 12 p r i n t ( b. num ) # > l i e f e r t immer noch 12

16 Klassen- und Objektattribute im Detail Gewöhnlich definiert man Instanzattribute allerdings im Initialisierer. 1 c l a s s Human : 2 d e f init ( s e l f, f i r s t n a m e, l a s t n a m e ) : 3 # d i e b e i d e n P a r a m e t e r w e r t e werden i n I n s t a n z a t t r i b u t e n g e s p e i c h e r t. 4 s e l f. f i r s t n a m e = f i r s t n a m e 5 s e l f. l a s t a m e = l a s t n a m e 6 7 d e f main ( ) : 8 # i n s t a n z i i e r t z w e i O b j e k t e vom Typ Human 9 matthias = Human ( " Matthias ", " Stuhlbein " ) 10 j o h n = Human ( "John ", "Doe" ) Instanzattribute sollten immer in init definiert werden, um sicherzustellen, dass alle Instanzen die gleichen Attribute haben