Einführung in Python 3

Inhalt

Vorwort

Danksagung

1 Einleitung

1.1 Einfach und schnell zu lernen

1.2 Zielgruppe des Buches

1.3 Aufbau des Buches

1.4 Programmieren lernen ,,interaktiv''

1.5 Download der Beispiele und Hilfe

1.6 Anregungen und Kritik

Teil I Grundlagen

2 Kommandos und Programme

2.1 Erste Schritte mit Python

2.1.1 Linux

2.1.2 Windows

2.1.3 macOS

2.2 Herkunft und Bedeutung des Begriffes interaktive Shell

2.2.1 Erste Schritte in der interaktiven Shell

2.3 Verlassen der Python-Shell

2.4 Benutzung von Variablen

2.5 Mehrzeilige Anweisungen in der interaktiven Shell

2.6 Programme schreiben oder schnell mal der Welt ``Hallo'' sagen

3 Bytecode und Maschinencode

3.1 Einführung

3.2 Unterschied zwischen Programmier- und Skriptsprachen

3.3 Interpreter- oder Compilersprache

4 Datentypen und Variablen

4.1 Einführung

4.2 Variablennamen

4.2.1 Gültige Variablennamen

4.2.2 Konventionen für Variablennamen

4.3 Datentypen

4.3.1 Ganze Zahlen

4.3.2 Fließkommazahlen

4.3.3 Zeichenketten

4.3.4 Boolesche Werte

4.3.5 Komplexe Zahlen

4.3.6 Operatoren

4.4 Statische und dynamische Typdeklaration

4.5 Typumwandlung

4.6 Datentyp ermitteln

5 Sequentielle Datentypen

5.1 Übersicht

5.1.1 Zeichenketten oder Strings

5.1.2 Listen

5.1.3 Tupel

5.2 Indizierung von sequentiellen Datentypen

5.3 Teilbereichsoperator

5.4 Die len-Funktion

5.5 Aufgaben

6 Dictionaries

6.1 Dictionaries und assoziative Felder

6.2 Definition und Benutzung

6.3 Fehlerfreie Zugriffe auf Dictionaries

6.4 Zulässige Typen für Schlüssel und Werte

6.5 Verschachtelte Dictionaries

6.6 Methoden auf Dictionaries

6.7 Operatoren

6.8 Die zip-Funktion

6.9 Dictionaries aus Listen erzeugen

6.10 Aufgaben

7 Mengen

7.1 Übersicht

7.2 Mengen in Python

7.2.1 Sets erzeugen

7.2.2 Mengen von unveränderlichen Elementen

7.3 Frozensets

7.4 Operationen auf ,,set''-Objekten

7.4.1 add(element)

7.4.2 clear()

7.4.3 copy

7.4.4 difference()

7.4.5 difference_update()

7.4.6 discard(el)

7.4.7 remove(el)

7.4.8 intersection(s)

7.4.9 isdisjoint()

7.4.10 issubset()

7.4.11 issuperset()

7.4.12 pop()

8 Eingaben

8.1 Eingabe mittels input

9 Verzweigungen

9.1 Anweisungsblöcke und Einrückungen

9.2 Bedingte Anweisungen in Python

9.2.1 Einfachste if-Anweisung

9.2.2 if-Anweisung mit else-Zweig

9.2.3 elif-Zweige

9.3 Vergleichsoperatoren

9.4 Zusammengesetzte Bedingungen

9.5 Wahr oder falsch: Bedingungen in Verzweigungen

9.6 Aufgaben

10 Schleifen

10.1 Übersicht

10.2 while-Schleife

10.3 break und continue

10.4 die Alternative im Erfolgsfall: else

10.5 For-Schleife

10.6 Aufgaben

11 Dateien lesen und schreiben

11.1 Dateien

11.2 Text aus einer Datei lesen

11.3 Schreiben in eine Datei

11.4 In einem Rutsch lesen: readlines und read

11.5 with-Anweisung

11.6 Aufgaben

12 Formatierte Ausgabe und Strings formatieren

12.1 Wege, die Ausgabe zu formatieren

12.2 print-Funktion

12.3 Stringformatierung im C-Stil

12.4 Der pythonische Weg: Die String-Methode ,,format''

12.5 Benutzung von Dictionaries beim Aufruf der ,,format''-Methode

12.6 Benutzung von lokalen Variablen in ,,format''

12.7 Formatierte Stringliterale

12.8 Weitere String-Methoden zum Formatieren

13 Flaches und tiefes Kopieren

13.1 Einführung

13.2 Kopieren einer Liste

13.3 Flache Kopien

13.4 Kopieren mit deepcopy

13.5 Deepcopy für Dictionaries

14 Funktionen

14.1 Allgemein

14.2 Funktionen

14.3 Docstring

14.4 Standardwerte für Funktionen

14.5 Schlüsselwortparameter

14.6 Funktionen ohne oder mit leerer return-Anweisung

14.7 Mehrere Rückgabewerte

14.8 Lokale und globale Variablen in Funktionen

14.9 Parameterübergabe im Detail

14.10 Effekte bei veränderlichen Objekten

14.11 Kommandozeilenparameter

14.12 Variable Anzahl von Parametern / Variadische Funktionen

14.13 * in Funktionsaufrufen

14.14 Beliebige Schlüsselwortparameter

14.15 Doppeltes Sternchen im Funktionsaufruf

14.16 Aufgaben

15 Rekursive Funktionen

15.1 Definition und Herkunft des Begriffs

15.2 Definition der Rekursion

15.3 Rekursive Funktionen in Python

15.4 Die Tücken der Rekursion

15.5 Fibonacci-Folge in Python

15.6 Aufgaben

16 Listen und Tupel im Detail

16.1 Stapelspeicher

16.2 Stapelverarbeitung in Python: pop und append

16.3 extend

16.4 ,+'-Operator oder append

16.5 Entfernen eines Wertes

16.6 Prüfen, ob ein Element in Liste enthalten ist

16.7 Finden der Position eines Elementes

16.8 Einfügen von Elementen

16.9 Besonderheiten bei Tupel

16.9.1 Leere Tupel

16.9.2 1-Tupel

16.9.3 Mehrfachzuweisungen, Packing und Unpacking

16.10 Die veränderliche Unveränderliche

16.11 Sortieren von Listen

16.11.1 ,,sort'' und ,,sorted''

16.11.2 Umkehrung der Sortierreihenfolge

16.11.3 Eigene Sortierfunktionen

16.12 Aufgaben

17 Modularisierung

17.1 Module

17.1.1 Namensräume von Modulen

17.1.2 Namensräume umbenennen

17.1.3 Modularten

17.1.4 Suchpfad für Module

17.1.5 Inhalt eines Modules

17.1.6 Eigene Module

17.1.7 Dokumentation für eigene Module

17.2 Pakete

17.2.1 Einfaches Paket erzeugen

17.2.2 Komplexeres Paket

17.2.3 Komplettes Paket importieren

18 Globale und lokale Variablen

18.1 Einführung

18.2 Globale und lokale Variablen in Funktionen

19 Alles über Strings …

19.1 ... fast alles

19.2 Aufspalten von Zeichenketten

19.2.1 split

19.2.2 Standardverhalten und ,,maxsplit''

19.2.3 rsplit

19.2.4 Folge von Trennzeichen

19.2.5 splitlines

19.2.6 partition

19.3 Zusammenfügen von Stringlisten mit join

19.4 Suchen von Teilstrings

19.4.1 ,,in'' oder ,,not in''

19.4.2 s.find(substring[, start[, end]])

19.4.3 s.rfind(substring[, start[, end]])

19.4.4 s.index(substring[, start[, end]])

19.4.5 s.rindex(substring[, start[, end]])

19.4.6 s.count(substring[, start[, end]])

19.5 Suchen und Ersetzen

19.6 Nur noch Kleinbuchstaben oder Großbuchstaben

19.7 capitalize und title

19.8 Stripping Strings

19.9 Strings ausrichten

19.10 String-Tests

19.11 Aufgaben

20 Ausnahmebehandlung

20.1 Abfangen mehrerer Exceptions

20.2 except mit mehrfachen Ausnahmen

20.3 Die optionale else-Klausel

20.4 Fehlerinformationen über sys.exc_info

20.5 Exceptions generieren

20.6 Finalisierungsaktion

Teil II Objektorientierte Programmierung

21 Grundlegende Aspekte

21.1 Bibliotheksvergleich

21.2 Objekte und Instanzen einer Klasse

21.3 Kapselung von Daten und Methoden

21.4 Eine minimale Klasse in Python

21.5 Eigenschaften und Attribute

21.6 Methoden

21.7 Instanzvariablen

21.8 Die __init__-Methode

21.9 Destruktor

21.10 Datenkapselung, Datenabstraktion und Geheimnisprinzip

21.10.1 Definitionen

21.10.2 Zugriffsmethoden

21.10.3 Properties

21.10.4 Public-, Protected- und Private-Attribute

21.10.5 Weitere Möglichkeiten der Properties

21.10.6 Properties mit Dekorateuren

21.11 Die __str__- und die __repr__-Methode

21.12 Klassenattribute

21.13 Statische Methoden

21.13.1 Einleitendes Beispiel

21.13.2 Getter und Setter für private Klassenattribute

21.14 Public-Attribute statt private Attribute

21.15 Magische Methoden und Operatorüberladung

21.15.1 Einführung

21.15.2 Übersicht magische Methoden

21.15.3 Beispielklasse: Length

22 Bruchklasse

22.1 Brüche à la 1001 Nacht

22.2 Zurück in die Gegenwart

22.3 Rechenregeln

22.3.1 Multiplikation von Brüchen

22.3.2 Division von Brüchen

22.3.3 Addition von Brüchen

22.3.4 Subtraktion von Brüchen

22.3.5 Vergleichsoperatoren

22.4 Integer plus Bruch

22.4.1 Die Bruchklasse im Überblick

22.5 Fraction-Klasse

23 Vererbung

23.1 Oberbegriffe und Oberklassen

23.2 Ein einfaches Beispiel

23.3 Überladen, Überschreiben und Polymorphie

23.4 Vererbung in Python

23.5 Klassenmethoden

23.6 Standardklassen als Basisklassen

24 Mehrfachvererbung

24.1 Einführung

24.2 Beispiel: CalendarClock

24.3 Diamand-Problem oder ,,deadly diamond of death''

24.4 super und MRO

25 Slots

25.1 Erzeugung von dynamischen Attributen verhindern

26 Dynamische Erzeugung von Klassen

26.1 Beziehung zwischen ,,class'' und ,,type''

27 Metaklassen

27.1 Motivation

27.2 Definition

27.3 Definition von Metaklassen in Python

27.4 Singletons mit Metaklassen erstellen

27.5 Beispiel – Methodenaufrufe zählen

27.5.1 Einführung

27.5.2 Vorbereitungen

27.5.3 Ein Dekorateur, um Funktionsaufrufe zu zählen

27.5.4 Die Metaklasse ,,Aufrufzähler''

28 Abstrakte Klassen

29 Aufgaben

Teil III Fortgeschrittenes Python

30 lambda, map, filter und reduce

30.1 lambda

30.2 map

30.3 Filtern von sequentiellen Datentypen mittels ,,filter''

30.4 reduce

30.5 Aufgaben

31 Listen-Abstraktion/List Comprehension

31.1 Die Alternative zu Lambda und Co.

31.2 Syntax

31.3 Weitere Beispiele

31.4 Die zugrunde liegende Idee

31.5 Anspruchsvolleres Beispiel

31.6 Mengen-Abstraktion

31.7 Rekursive Primzahlberechnung

31.8 Generatoren-Abstraktion

31.9 Aufgaben

32 Generatoren und Iteratoren

32.1 Einführung

32.2 Iteration in for-Schleifen

32.3 Generatoren

32.4 Generatoren zähmen mit firstn und islice

32.5 Beispiele

32.5.1 Permutationen

32.5.2 Variationen und Kombinationen

32.6 Generator-Ausdrücke

32.7 return-Anweisungen in Generatoren

32.8 send-Methode / Koroutinen

32.9 Die throw-Methode

32.10 Dekoration von Generatoren

32.11 yield from

32.12 Aufgaben

33 Dekorateure

33.1 Einführung Dekorateure

33.1.1 Verschachtelte Funktionen

33.1.2 Funktionen als Parameter

33.1.3 Funktionen als Rückgabewert

33.1.4 Fabrikfunktionen

33.2 Ein einfacher Dekorateur

33.3 @-Syntax für Dekorateure

33.4 Anwendungsfälle für Dekorateure

33.4.1 Überprüfung von Argumenten durch Dekorateure

33.4.2 Funktionsaufrufe mit einem Dekorateur zählen

33.5 Dekorateure mit Parametern

33.6 Benutzung von Wraps aus functools

33.7 Klassen statt Funktionen

33.7.1 Die __call__-Methode

33.8 Eine Klasse als Dekorateur benutzen

33.9 Memoisation

33.9.1 Bedeutung und Herkunft des Begriffs

33.9.2 Memoisation mit Dekorateur-Funktionen

33.9.3 Memoisation mit einer Klasse

33.9.4 Memoisation mit functools.lru_cache

Teil IV Weiterführende Themen

34 Tests und Fehler

34.1 Einführung

34.2 Modultests

34.3 Modultests unter Benutzung von __name__

34.4 doctest-Modul

34.5 Testgetriebene Entwicklung oder ,,Im Anfang war der Test''

34.6 unittest

34.7 Methoden der Klasse TestCase

34.8 Aufgaben

35 Daten konservieren

35.1 Persistente Speicherung

35.2 Pickle-Modul

35.2.1 Daten ,,einpökeln'' mit pickle.dump

35.2.2 pickle.load

35.3 Ein persistentes Dictionary mit shelve

36 Reguläre Ausdrücke

36.1 Ursprünge und Verbreitung

36.2 Stringvergleiche

36.3 Überlappungen und Teilstrings

36.4 Das re-Modul

36.5 Matching-Problem

36.6 Syntax der regulären Ausdrücke

36.6.1 Beliebiges Zeichen

36.7 Zeichenauswahl

36.8 Endliche Automaten

36.9 Anfang und Ende eines Strings

36.10 Vordefinierte Zeichenklassen

36.11 Optionale Teile

36.12 Quantoren

36.13 Gruppierungen und Rückwärtsreferenzen

36.13.1 Match-Objekte

36.14 Umfangreiche Übung

36.15 Alles finden mit findall

36.16 Alternativen

36.17 Compilierung von regulären Ausdrücken

36.18 Aufspalten eines Strings mit oder ohne regulären Ausdruck

36.18.1 split-Methode der String-Klasse

36.18.2 split-Methode des re-Moduls

36.18.3 Wörter filtern

36.19 Suchen und Ersetzen mit sub

36.20 Aufgaben

37 Typanmerkungen

37.1 Einführung

37.2 Einfaches Beispiel

37.3 Variablenanmerkungen

37.4 Listenbeispiel

37.5 typing-Modul

38 Systemprogrammierung

38.1 Systemprogrammierung

38.2 Häufig falsch verstanden: Shell

38.3 os-Modul

38.3.1 Vorbemerkungen

38.3.2 Umgebungsvariablen

38.3.3 Dateiverarbeitung auf niedrigerer Ebene

38.3.4 Die exec-,,Familie''

38.3.5 Weitere Funktionen im Überblick

38.3.6 os.path - Arbeiten mit Pfaden

38.4 shutil-Modul

39 Forks

39.1 Fork

39.2 Fork in Python

Teil V Lösungen zu den Aufgaben

40 Lösungen zu den Aufgaben

40.1 Lösungen zu Kapitel 5 (Sequentielle Datentypen)

40.2 Lösungen zu Kapitel 6 (Dictionaries)

40.3 Lösungen zu Kapitel 9 (Verzweigungen)

40.4 Lösungen zu Kapitel 10 (Schleifen)

40.5 Lösungen zu Kapitel 11 (Dateien lesen und schreiben)

40.6 Lösungen zu Kapitel 16 (Listen und Tupel im Detail)

40.7 Lösungen zu Kapitel 14 (Funktionen)

40.8 Lösungen zu Kapitel 15 (Rekursive Funktionen)

40.9 Lösungen zu Kapitel 19 (Alles über Strings …)

40.10 Lösungen zu Kapitel 21 (Grundlegende Aspekte)

40.11 Lösungen zu Kapitel 34 (Tests und Fehler)

40.12 Lösungen zu Kapitel 36 (Reguläre Ausdrücke)

40.13 Lösungen zu Kapitel 30 (lambda, map, filter und reduce)

40.14 Lösungen zu Kapitel 31 (Listen-Abstraktion/List Comprehension)

40.15 Lösungen zu Kapitel 32 (Generatoren und Iteratoren)

Stichwortverzeichnis