Python Programmierung. Dipl.-Ing.(FH) Volker Schepper

Transkript

1 Python Programmierung

2 Objektorientiertes Programmieren Sollen komplexe Systeme Programmiert werden, gibt es verschiedene Ansätze. Durch die Objektorientierte Programmierweise werden reale Objekte zu Objekte in dem Programm abgebildet. Dadurch sollen komplexe Systeme beherrschbarer, fehlerfreie und Programmteile besser wiederverwendbarer sein. Folgende drei Grundelemente existieren bei einer objektorientierter Software: Vererbung Polymorphie Datenkapselung

3 Objektorientiertes Programmieren Vererbung Ein abstraktes Objekt (Grundspezifikation eines Objektes) wird als Norm vorgeben. Andere Objekte lassen sich der Spezifikation des abstrakten Objektes ableiten. Das bedeute das spezifische Objekt erbt Normen von dem abstrakten Objekt. Polymorphie Bei der Umsetzung der Software soll darauf geachtet werden, dass es dem Programmierer erlauben bestimmte Elemente einfach auszutauschen.

4 Objektorientiertes Programmieren Datenkapselung Die Objekte können selbst dafür sorgen, dass die Daten konsistent bleiben. Der Zugriff auf Daten ist nur über einen bestimmten Mechanismus möglich.

5 Objektorientierung - Beispiel Modellierung eines Autos als Objekt es hat gewisse Eigenschaften es besitzt gewisse Methoden Kommunikation mit dem Auto durch Methodenaufrufe es ist aus anderen Objekten zusammengesetzt Eigenschaften: Marke Farbe Leistung Baujahr Teilobjekte: Motor Reifen Fenster Methoden: Anlassen Beschleunigen Bremsen

6 Objektorientiertes Programmieren Zur einfacheren Visualisierung von Klassen werden grafische Symbole von der Unified Modeling Language (UML) verwendet. Eine Klasse wird durch ein Rechteck dargestellt, welches in drei Felder unterteilt ist. Name der Klasse Liste der Methoden (Operationsliste) Marke Farbe Baujahr Fahrzeug Anlassen Beschleunigen Bremsen Die Liste der Attribute. Werden Klassenattribute verwendet, werden diese unterstrichen.

7 Klasse Eine Klasse wird einen Kopf und einen Körper definiert. Kopf Mit dem Schlüsselwort class und mit dem anschließenden der Name der Klasse und optionalen Oberklassen gefolgt von einem Doppelpunkt wird der Kopf beschrieben. Körper Im Körper der Klasse werden die Methoden und gegebenenfalls die Klassenmethoden definiert. class fahrzeug: def obj_print(self): print("methode von der Klasse Fahrzeug wurde aufgerufen")

8 Objekt Ein Objekt wird erzeugt, wenn die Klasse aufgerufen wird. auto = fahrzeug() Bei dem Aufruf können Argumente übertragen werden, die in der Konstruktormethode definiert sind. auto = fahrzeug() auto.obj_print()

9 Methoden Methoden sind wesentliche Bestandteile eines Objektes. Sie Werden innerhalb einer Klassendeklaration definiert. Der erste Parameter bezeichnet immer die Instanz (aktuelles Objekt). Der Name ist frei wählbar, wird aber üblicherweise self verwendet. Definition einer Methode: def methode (self, argument1, argument2, ) Aufruf einer Methode: objekt.methode (argument1, argument2, )

10 Klasse Definition der Klasse fahrzeug, sowie anschließende Instanziierung des Objekts auto und der Aufruf der Methode obj_print. class fahrzeug: def obj_print(self): print("methode von der Klasse Fahrzeug wurde aufgerufen") auto = fahrzeug() auto.obj_print() >>> Methode von der Klasse Fahrzeug wurde aufgerufen >>>

11 Konstruktor class fahrzeug: def init (self): self. aussentemperatur = 20 def set_aussentemperatur(self, aussentemperatur): self. aussentemperatur = aussentemperatur def get_aussentemperatur(self): print(self. aussentemperatur) auto = fahrzeug() auto.get_aussentemperatur() >>> 20 >>> Nach dem erzeugen des Objekts wird der Konstruktor aufgerufen. Der Konstruktor ist eine im Grunde eine gewöhnliche Methode.

12 Destruktor class fahrzeug: def init (self): self. aussentemperatur = 20 def del (self): print("die Klasse fahrzeug wurde gelöscht") def set_aussentemperatur(self, aussentemperatur): self. aussentemperatur = aussentemperatur Wird das Objekt gelöscht. Wir der Destruktor aufgerufen, falls dieser vorhanden ist. def get_aussentemperatur(self): print(self. aussentemperatur) auto = fahrzeug() del auto >>> 20 Die Klasse fahrzeug wurde gelöscht >>>

13 class fahrzeug: Manipulation von Attribute def set_leistung(self, leistung): self.leistung = leistung def get_leistung(self): print(self.leistung) auto = fahrzeug() auto.set_leistung(20) auto.get_leistung() # Objektattribut wird über Methode verändert. auto.leistung = 50 # Direkter Zugriff auf das Objektattribut. auto.get_leistung() >>> >>>

14 Manipulation von Attribute Objektattribute sollten immer über Methoden gesetzt/verändert werden. Ansonsten gesteht die Gefahr, dass das Objekt in einem inkonsistenten Zustand gerät. Lösung: Um Attribute vor öffentliche Zugriff zu schützen, wird vor dem Namen des Attributs zwei Unterstriche angeführt. Beispiel: Besitzt das Objekt ein Attribut für die Temperatur, so kann die Temperatur niemals unter 273,15 C sein.

15 class fahrzeug: Manipulation von Attribute def set_aussentemperatur(self, aussentemperatur): self. aussentemperatur = aussentemperatur def get_aussentemperatur(self): print(self. aussentemperatur) auto = fahrzeug() auto.set_aussentemperatur(20) auto.get_aussentemperatur() auto.aussentemperatur = 50 auto. aussentemperatur = 60 auto.get_aussentemperatur() >>> >>>

16 Properties Um dennoch scheinbar außerhalb der Klasse auf Attribute zugreifen zu können, werden property() Funktionen verwendet. outdoor_temp = property(get_aussentemperatur, set_aussentemperatur)

17 Properties class fahrzeug: def init (self, aussentemperatur = 18): self. aussentemperatur = aussentemperatur def set_aussentemperatur(self, aussentemperatur): if aussentemperatur >= : self. aussentemperatur = aussentemperatur else: self. aussentemperatur = 12 def get_aussentemperatur(self): print(self. aussentemperatur) return self. aussentemperatur outdoor_temp = property(get_aussentemperatur, set_aussentemperatur)

18 Polymorphismus Durch Polymorphie können Operanden überladen werden. Durch können Operanden spezielle Fähigkeiten für die jeweilige Klasse bekommen. lt (self, other) < le (self, other) <= eq (self, other) == ne (self, other)!= gt (self, other) > ge (self, other) >=

19 Polymorphismus class fahrzeug: def init (self, aussentemperatur = 18): self. aussentemperatur = aussentemperatur def set_aussentemperatur(self, aussentemperatur): self. aussentemperatur = aussentemperatur def get_aussentemperatur(self): return self. aussentemperatur def add (self, other): return self.outdoor_temp + other.outdoor_temp outdoor_temp = property(get_aussentemperatur, set_aussentemperatur)

20 Statische Methoden Sollen Funktionen/Methoden zu einem erkennbaren Block zusammengefasst werden, so kann dies mittels statischen Methoden einer Klasse gemacht werden. Es wird keine Instanz der Klasse benötigt. Die Methoden der Klasse können direkt ausgeführt werden. Innerhalb der Klasse muss die Methode als statische Methode definiert werden: mittelwert = staticmethod(mittelwert) kehrwert = staticmethod(kehrwert)

21 Statische Methoden class mathematik(object): def mittelwert(wert): summe = sum(wert) anzahl_elemente = len(wert) ergebnis = summe / anzahl_elemente return ergebnis def kehrwert(wert): return 1 / wert mittelwert = staticmethod(mittelwert) kehrwert = staticmethod(kehrwert) var1 = [1, 2, 3, 4, 5, 6] print(mathematik.mittelwert(var1)) print(mathematik.kehrwert(10)) >>> >>>

22 Vererbung Marke Farbe Baujahr Basisklasse Fahrzeug Anlassen() Beschleunigen() Bremsen() Bei der Vererbung erhält (erbt) die abgleitet Klasse (Unterklasse) die Methoden und Attribute der Basisklasse. Unterklassen Kombi Türen Heckklappe() Betonmischer Zuladung Mischertrommel()

23 Vererbung class fahrzeug: def init (self, aussentemperatur = 18): self. aussentemperatur = aussentemperatur def del (self): print("die Klasse fahrzeug wurde gelöscht") def set_aussentemperatur(self, aussentemperatur): if aussentemperatur >= : self. aussentemperatur = aussentemperatur else: self. aussentemperatur = 12 def get_aussentemperatur(self): return self. aussentemperatur outdoor_temp = property(get_aussentemperatur, set_aussentemperatur)

24 Vererbung def add (self, other): return self.outdoor_temp + other.outdoor_temp outdoor_temp = property(get_aussentemperatur, set_aussentemperatur) class kombi(fahrzeug): def init (self): fahrzeug. init (self) class betonmischer(fahrzeug): def del (self): fahrzeug. del (self) print("die betonmischer fahrzeug wurde gelöscht"))

25 Vererbung mycar = kombi() print (mycar.outdoor_temp) lkw = betonmischer() print (lkw.outdoor_temp) del mycar del lkw >>> Die Klasse fahrzeug wurde gelöscht Die Klasse fahrzeug wurde gelöscht Die betonmischer fahrzeug wurde gelöscht >>>

26 Datenbank Soll ein Programm große Datenmenge verwalten oder mit komplexen Daten arbeiten, ist es ratsam eine Datenbank zu verwenden. Durch eine Datenbank wird der aufwand für die Datenbereitstellung stark reduziert. Das Programm greift auf eine einheitliche Abstraktionsschicht zu. Die dahinterliegende Datenbank verwaltet die Daten auf dem Datenspeicher (Festplatte). Die Datenbank nimmt Abfragen entgegen und gibt Datensätze wieder zurück. Abstraktionsschicht Anwendung speichern abfragen db

27 Datenbank Python bietet die möglich die Möglichkeit SQL Datenbanken sehr einfach einzubinden. Über Module können mysql oder PostgreSQL Datenbanken verwendet erden. Zusätzlich biete Python ein Modul für SQLite Datenbank an. Die SQL Datenbank kann sehr schnell eingebunden werden und benötigt wenig Ressourcen. mysql PostgreSQL SQLite

28 Datentypen von SQLite Datentypen TEXT Zeichenketten INTEGER Ganze Zahlen REAL Gleitkommazahl NUMERIC Decimal, Boolean BLOB Große binäre Datenmenge (binary large objects)

29 Datentypen von SQLite INTEGER INT INTEGER TINYINT SMALLINT MEDIUMINT BIGINT UNSIGNED BIG INT INT2 INT8 TEXT CHARACTER(20) VARCHAR(255) VARYING CHARACTER(255) NCHAR(55) NATIVE CHARACTER(70) NVARCHAR(100) TEXT CLOB BLOB BLOB

30 Datentypen von SQLite REAL REAL DOUBLE DOUBLE PRECISION FLOAT NUMERIC NUMERIC DECIMAL(10,5) BOOLEAN DATE DATETIME

31 Datenbank anlegen Das Modul der SQLite Datenbank wird eingebunden. import sqlite3 Mit der connect-funktion wird die Verbindung zu der Datenbank aufgebaut. Sowohl Pfad, Dateiname und Dateiendung sind frei wählbar. Existiert die die Datei nicht, so wird eine neue Datenbank erzeugt. Existiert Datenbank bereits, wird diese geöffnet. verbindung = sqlite3.connect("/db/datenbank.db") Sollen Daten lediglich während des Programmablauf zwischengespeichert werden und nicht dauerhaft speichern. Kann eine Datenbank im Arbeitsspeicher erzeugt werden. verbindung = sqlite3.connect(":memory:")

32 Datenbank anlegen import sqlite3 verbindung = sqlite3.connect("/tmp/test3.db") c = verbindung.cursor() sql = "CREATE TABLE personen(id INT, name TEXT, vorname TEXT, geburtstag TEXT)" c.execute(sql) c.close()

33 Datensätze anlegen import sqlite3 verbindung = sqlite3.connect("/tmp/test3.db") c = verbindung.cursor() sql = """INSERT INTO personen VALUES("maier", "oliver", " ")""" c.execute(sql) verbindung.commit() sql = "INSERT INTO personen VALUES('kramer', 'helmut', ' ')" c.execute(sql) verbindung.commit() c.close()

34 Datensätze abfragen import sqlite3 verbindung = sqlite3.connect("/tmp/test3.db") c = verbindung.cursor() sql = "SELECT * FROM personen" c.execute(sql) for zeile in c: print(zeile) c.close() ('maier', 'oliver ', ' ') ('kramer', 'helmut', ' ')

35 Datensätze abfragen import sqlite3 verbindung = sqlite3.connect("/tmp/test3.db") c = verbindung.cursor() sql = "SELECT * FROM personen WHERE name = 'maier'" c.execute(sql) for zeile in c: print(zeile[1]) c.close() bernd

36 Datensatz verändern import sqlite3 verbindung = sqlite3.connect("/tmp/test3.db") c = verbindung.cursor() sql = "UPDATE personen SET name = 'gross' WHERE vorname = 'bernd'" c.execute(sql) for zeile in c: print(zeile) c.close()

37 MySQL Wird festgestellt, dass eine performantere Datenbank benötigt wird, kann die SQLite Datenbank einfach durch z.b. eine mysql Datenbank ersetzt werden. import MySQLdb connection = MySQLdb.connect(" ", "username", "passwort", "test_db")

38 GUI Anwendungsfenster import tkinter fenster = tkinter.tk() fenster.mainloop()

39 GUI Ausgabe import tkinter fenster = tkinter.tk() lb = tkinter.label(fenster, text="hallo") lb.pack() fenster.mainloop()

40 GUI - Button import tkinter def ende(): fe.destroy() print("die Anwendung wurde geschlossen") fe = tkinter.tk() b1 = tkinter.button(fe, text="beenden mit Button 1", command = ende) b1.pack() fe.mainloop() Die Anwendung wurde geschlossen

41 GUI Button import tkinter def ende(): fe.destroy() fe = tkinter.tk() b2 = tkinter.button(fe) b2["text"] = "Beenden mit Button 2" b2["command"] = ende b2.pack() fe.mainloop()

42 Anzeigefeld import tkinter master = tkinter.tk() def ende(): e2.delete(0, tkinter.end) tkinter.label(master, text="first Name").grid(row=0) tkinter.label(master, text="last Name").grid(row=1) e1 = tkinter.entry(master) e2 = tkinter.entry(master) e1.insert(0, "Max") e2.insert(0, "Mustermann") print(e1.get()) b1 = tkinter.button(master, text="beenden mit Button 1", command = ende) e1.grid(row=0, column=1) e2.grid(row=1, column=1) b1.grid(row=2, column=1) tkinter.mainloop( ) Max

43 Listbox import tkinter fe = tkinter.tk() def li_com(): lb["text"] = li.get("active") lb = tkinter.label(fe, text = "-") lb.pack() li = tkinter.listbox(fe) li.insert("end", "New York") li.insert("end", "Sydney") li.insert("end", "Los Angeles") li.insert("end", "Shanghai") li.pack() bu = tkinter.button(fe, text = "Auswahl", command = li_com).pack() fe.mainloop()

44 Scale, Schieberegler (vertikal) import tkinter fe = tkinter.tk() scale1 = tkinter.scale(fe, width = 10, length = 150, orient = "horizontal", from_= 0, to=200, resolution = 2) scale1.pack() fe.mainloop() #vertical

45 Maus import tkinter fe = tkinter.tk() def position(e): lb["text"] = "x = " + str(e.x) + " ; y = " + str(e.y) lb = tkinter.label(fe, text = "-") lb.pack() fe.bind("<motion>", position) fe.mainloop()

46 Tastatureingabe import tkinter fe = tkinter.tk() def key(e): lb["text"] = lb["text"] + e.char pass lb = tkinter.label(fe, text = "") lb.pack() fe.bind_all('<key>', key) fe.mainloop()

47 pack place grid Geometriemanager Die Ausrichtung erfolgt nach Seitenkanten. Ausrichtung wird mit absolute Positionen definiert. Die Ausrichtung erfolgt in Zeilen und Spalten.

48 Geometriemanager pack Ausrichtung nach links B1.pack(side=LEFT) Ausrichtung nach rechts B1.pack(side=RIGHT) Ausrichtung nach oben B1.pack(side=TOP) Ausrichtung nach unten B1.pack(side=BOTTOM)

49 Geometriemanager pack Ausrichtung nach links B1.pack(side=LEFT) Ausrichtung nach rechts B1.pack(side=RIGHT) Ausrichtung nach oben B1.pack(side=TOP) Ausrichtung nach unten B1.pack(side=BOTTOM)

50 Geometriemanager place import tkinter main= tkinter.tk() b1 = tkinter.button(main, text = "Button 1") b1.place(x=100, y=100) main.mainloop()

51 Geometriemanager grid import tkinter main= tkinter.tk() b1 = tkinter.button(main, text = "Button 1") b1.place(x=100, y=100) main.mainloop()

52 Messagebox import tkinter.messagebox main = tkinter.tk() tkinter.messagebox.showinfo("information","info-box") main.mainloop()

53 Messagebox import tkinter.messagebox main = tkinter.tk() tkinter.messagebox.showwarning("warnung","dialogfenster zum warnen des Benutzer") main.mainloop() SS2012 Python Programmierung

54 Messagebox import tkinter.messagebox main = tkinter.tk() tkinter.messagebox.showerror("error","dialogfenster zum Anzeigen eines Fehlers") main.mainloop() SS2012 Python Programmierung

55 Messagebox import tkinter.messagebox main = tkinter.tk() la = tkinter.label(main, text="frage") la.pack() antwort = tkinter.messagebox.askyesno("error","dialogfenster zum Anzeigen eines Fehlers") if antwort == 1: la["text"] = "Die Antwort lautet: JA" else: la["text"] = "Die Antwort lautet: NEIN" main.mainloop()

56 Messagebox Funktionsname showinfo() showwaring() showerror)() askyesno() askcancel() askretrycancael() Buttons OK OK OK JA, Nein OK, Abbrechen Wiederholen, Abrechen

57 Menü (1) import tkinter def f_newfile(): print ("Neue Datei") def f_openfile(): pass def f_about(): print ("Demoprogramm Version 1.0") root = tkinter.tk() menu = tkinter.menu(root) root.config(menu=menu) menu1 = tkinter.menu(menu) menu.add_cascade(label="file", menu=menu1)

58 Menü (2) menu1.add_command(label="neu", command=f_newfile) menu1.add_command(label="öffnen", command=f_openfile) menu1.add_command(label="speichern", command=f_openfile) menu1.add_separator() menu1.add_command(label="exit", command=root.destroy) menu2 = tkinter.menu(menu) menu.add_cascade(label="help", menu=menu2) menu2.add_command(label="about...", command=f_about) tkinter.mainloop()