Python 3

Johannes Ernesti kennt Python wie seine Westentasche. Er studiert Informatik an der Universiät in Karlsruhe.

Peter Kaiser studiert Informatik an der Universität in Karlsruhe. Er arbeitet schon länger mit Python und erstellt professionelle Programme.

1. Einleitung ... 25




2. Die Programmiersprache Python ... 31



2.1 ... Historie, Konzepte, Einsatzgebiete ... 31


2.2 ... Die Verwendung von Python ... 34







Teil I Einstieg in Python ... 37





3. Erste Schritte im interaktiven Modus ... 39



3.1 ... Ganze Zahlen ... 40


3.2 ... Gleitkommazahlen ... 41


3.3 ... Zeichenketten ... 42


3.4 ... Listen ... 42


3.5 ... Dictionarys ... 43


3.6 ... Variablen ... 44


3.7 ... Logische Ausdrücke ... 46


3.8 ... Funktionen und Methoden ... 47


3.9 ... Bildschirmausgaben ... 49





4. Der Weg zum ersten Programm ... 53



4.1 ... Tippen, kompilieren, testen ... 53


4.2 ... Grundstruktur eines Python-Programms ... 57


4.3 ... Das erste Programm ... 60


4.4 ... Kommentare ... 63


4.5 ... Der Fehlerfall ... 63





5. Kontrollstrukturen ... 65



5.1 ... Fallunterscheidungen ... 65


5.2 ... Schleifen ... 70


5.3 ... Die pass-Anweisung ... 78





6. Dateien ... 79



6.1 ... Datenströme ... 79


6.2 ... Daten aus einer Datei auslesen ... 80


6.3 ... Daten in eine Datei schreiben ... 84


6.4 ... Das Dateiobjekt erzeugen ... 85





7. Das Laufzeitmodell ... 91



7.1 ... Die Struktur von Instanzen ... 93


7.2 ... Referenzen und Instanzen freigeben ... 97


7.3 ... Mutable vs. immutable Datentypen ... 98





8. Funktionen, Methoden und Attribute ... 103



8.1 ... Parameter von Funktionen und Methoden ... 103


8.2 ... Attribute ... 106





9. Informationsquellen zu Python ... 109



9.1 ... Die Built-in Function help ... 109


9.2 ... Die Onlinedokumentation ... 110


9.3 ... PEPs ... 110







Teil II Datentypen ... 113





10. Das Nichts -- NoneType ... 115




11. Operatoren ... 117




12. Numerische Datentypens ... 121



12.1 ... Arithmetische Operatoren ... 121


12.2 ... Vergleichende Operatoren ... 123


12.3 ... Konvertierung zwischen numerischen Datentypen ... 124


12.4 ... Ganzzahlen -- int ... 125


12.5 ... Gleitkommazahlen -- float ... 130


12.6 ... Boolesche Werte -- bool ... 133


12.7 ... Komplexe Zahlen -- complex ... 138





13. Sequenzielle Datentypen ... 141



13.1 ... Operationen auf Instanzen sequenzieller Datentypen ... 142


13.2 ... Listen -- list ... 154


13.3 ... Unveränderliche Listen -- tuple ... 166


13.4 ... Strings -- str, bytes, bytearray ... 168





14. Zuordnungen ... 201



14.1 ... Dictionary -- dict ... 201





15. Mengen ... 213



15.1 ... Die Datentypen set und frozenset ... 213


15.2 ... Veränderliche Mengen -- set ... 221


15.3 ... Unveränderliche Mengen -- frozenset ... 223





16. Collections ... 225



16.1 ... Verkettete Dictionarys ... 225


16.2 ... Zählen von Häufigkeiten ... 226


16.3 ... Dictionarys mit Standardwerten ... 229


16.4 ... Doppelt verkettete Listen ... 230


16.5 ... Benannte Tupel ... 232


16.6 ... Sortierte Dictionarys ... 233





17. Datum und Zeit ... 235



17.1 ... Elementare Zeitfunktionen -- time ... 235


17.2 ... Objektorientierte Datumsverwaltung -- datetime ... 243





18. Aufzählungstypen -- Enum ... 255







Teil III Fortgeschrittene Programmiertechniken ... 259





19. Funktionen ... 261



19.1 ... Schreiben einer Funktion ... 263


19.2 ... Funktionsparameter ... 267


19.3 ... Namensräume ... 277


19.4 ... Anonyme Funktionen ... 281


19.5 ... Annotationen ... 282


19.6 ... Rekursion ... 284


19.7 ... Eingebaute Funktionen ... 285





20. Modularisierung ... 311



20.1 ... Einbinden globaler Module ... 311


20.2 ... Lokale Module ... 314


20.3 ... Pakete ... 317


20.4 ... Das Paket importlib ... 321





21. Objektorientierung ... 327



21.1 ... Klassen ... 332


21.2 ... Vererbung ... 337


21.3 ... Setter und Getter und Property Attributes ... 352


21.4 ... Klassenattribute und Klassenmethoden sowie statische Methoden ... 355


21.5 ... Built-in Functions für Objektorientierung ... 358


21.6 ... Objektphilosophie ... 361


21.7 ... Magic Methods und Magic Attributes ... 363





22. Ausnahmebehandlung ... 383



22.1 ... Exceptions ... 383


22.2 ... Zusicherungen -- assert ... 396





23. Iteratoren und Generatoren ... 399



23.1 ... Comprehensions ... 399


23.2 ... Generatoren ... 403


23.3 ... Iteratoren ... 410


23.4 ... Spezielle Generatoren -- itertools ... 421





24. Kontextobjekte ... 431



24.1 ... Die with-Anweisung ... 431


24.2 ... Hilfsfunktionen für with-Kontexte -- contextlib ... 434





25. Manipulation von Funktionen und Methoden ... 437



25.1 ... Decorator ... 437


25.2 ... Das Modul functools ... 440







Teil IV Die Standardbibliothek ... 449





26. Mathematik ... 451



26.1 ... Mathematische Funktionen -- math, cmath ... 451


26.2 ... Zufallszahlengenerator -- random ... 456


26.3 ... Präzise Dezimalzahlen -- decimal ... 460





27. Kryptografie ... 467



27.1 ... Hash-Funktionen -- hashlib ... 467


27.2 ... Verschlüsselung -- PyCrypto ... 472





28. Reguläre Ausdrücke ... 481



28.1 ... Syntax regulärer Ausdrücke ... 481


28.2 ... Verwendung des Moduls ... 493


28.3 ... Ein einfaches Beispielprogramm -- Searching ... 499


28.4 ... Ein komplexeres Beispielprogramm -- Matching ... 500





29. Schnittstelle zu Betriebssystem und Laufzeitumgebung ... 505



29.1 ... Funktionen des Betriebssystems -- os ... 505


29.2 ... Zugriff auf die Laufzeitumgebung -- sys ... 508





30. Kommandozeilenparameter ... 515



30.1 ... Taschenrechner -- ein einfaches Beispiel ... 516


30.2 ... Ein weiteres Beispiel ... 520





31. Dateisystem ... 523



31.1 ... Zugriff auf das Dateisystem mit os ... 523


31.2 ... Dateipfade -- os.path ... 530


31.3 ... Zugriff auf das Dateisystem -- shutil ... 535


31.4 ... Temporäre Dateien -- tempfile ... 541





32. Parallele Programmierung ... 543



32.1 ... Prozesse, Multitasking und Threads ... 543


32.2 ... Pythons Schnittstellen zur Parallelisierung ... 546


32.3 ... Parallelisierung von Funktionsaufrufen ... 547


32.4 ... Die Module threading und multiprocessing ... 558


32.5 ... Die Thread-Unterstützung in Python ... 558


32.6 ... Einblick in das Modul multiprocessing ... 568


32.7 ... Ausblick ... 569





33. Datenspeicherung ... 571



33.1 ... Komprimierte Dateien lesen und schreiben -- gzip ... 571


33.2 ... XML ... 573


33.3 ... Datenbanken ... 587


33.4 ... Serialisierung von Instanzen -- pickle ... 607


33.5 ... Das Datenaustauschformat JSON -- json ... 610


33.6 ... Das Tabellenformat CSV -- csv ... 612





34. Netzwerkkommunikation ... 619



34.1 ... Socket API ... 620


34.2 ... URLs -- urllib ... 639


34.3 ... FTP -- ftplib ... 648


34.4 ... E-Mail ... 654


34.5 ... Telnet -- telnetlib ... 673


34.6 ... XML-RPC ... 676





35. Debugging und Qualitätssicherung ... 687



35.1 ... Der Debugger ... 687


35.2 ... Formatierte Bildschirmausgabe -- pprint ... 690


35.3 ... Logdateien -- logging ... 691


35.4 ... Automatisiertes Testen ... 698


35.5 ... Analyse des Laufzeitverhaltens ... 706


35.6 ... Optimierung ... 716





36. Dokumentation ... 723



36.1 ... Docstrings ... 723


36.2 ... Automatisches Erstellen einer Dokumentation -- pydoc ... 725







Teil V Weiterführende Themen ... 727





37. Anbindung an andere Programmiersprachen ... 729



37.1 ... Dynamisch ladbare Bibliotheken -- ctypes ... 730


37.2 ... Schreiben von Extensions ... 739


37.3 ... Python als eingebettete Skriptsprache ... 748


37.4 ... Alternative Interpreter ... 753





38. Distribution von Python-Projekten ... 765



38.1 ... Eine Geschichte der Distributionen in Python ... 765


38.2 ... Erstellen von Distributionen -- setuptools ... 767


38.3 ... Der Python-Paketmanager -- pip ... 778


38.4 ... Lokalisierung von Programmen -- gettext ... 779





39. Grafische Benutzeroberflächen ... 785



39.1 ... Toolkits ... 785


39.2 ... Einführung in tkinter ... 788


39.3 ... Einführung in PyQt ... 834


39.4 ... Signale und Slots ... 844


39.5 ... Wichtige Widgets ... 847


39.6 ... Zeichenfunktionalität ... 855


39.7 ... Model-View-Architektur ... 867





40. Python als serverseitige Programmiersprache im WWW -- ein Einstieg in Django ... 883



40.1 ... Konzepte und Besonderheiten von Django ... 884


40.2 ... Installation von Django ... 885


40.3 ... Erstellen eines neuen Django-Projekts ... 888


40.4 ... Erstellung einer Applikation ... 892





41. Wissenschaftliches Rechnen ... 933



41.1 ... Installation ... 934


41.2 ... Das Modellprogramm ... 934


41.3 ... Überblick über die Module numpy und scipy ... 943





42. Insiderwissen ... 955



42.1 ... URLs im Standardbrowser öffnen -- webbrowser ... 955


42.2 ... Interpretieren von Binärdaten -- struct ... 955


42.3 ... Versteckte Passworteingabe ... 958


42.4 ... Kommandozeilen-Interpreter ... 959


42.5 ... Dateiinterface für Strings -- io.StringIO ... 961


42.6 ... Generatoren als Konsumenten ... 962


42.7 ... Kopieren von Instanzen -- copy ... 967


42.8 ... Die interaktive Python-Shell -- IPython ... 971


42.9 ... Bildverarbeitung -- Pillow ... 977





43. Von Python 2 nach Python 3 ... 987



43.1 ... Die wichtigsten Unterschiede ... 990


43.2 ... Automatische Konvertierung ... 996


43.3 ... Geplante Sprachelemente ... 999





A. Anhang ... 1001



A.1 ... Reservierte Wörter ... 1001


A.2 ... Eingebaute Funktionen ... 1001


A.3 ... Eingebaute Exceptions ... 1005


A.4 ... Python IDEs ... 1009





Index ... 1017