Python 3

1. Einleitung ... 27
2. Die Programmiersprache Python ... 35

2.1 ... Historie, Konzepte, Einsatzgebiete ... 35
2.2 ... Die Installation von Python ... 38
2.3 ... Die Verwendung von Python ... 41

TEIL I Einstieg in Python ... 43

3. Erste Schritte im interaktiven Modus ... 45

3.1 ... Ganze Zahlen ... 46
3.2 ... Gleitkommazahlen ... 47
3.3 ... Zeichenketten ... 48
3.4 ... Listen ... 49
3.5 ... Dictionarys ... 49
3.6 ... Variablen ... 50
3.7 ... Logische Ausdrücke ... 52
3.8 ... Funktionen und Methoden ... 54
3.9 ... Bildschirmausgaben ... 56

4. Der Weg zum ersten Programm ... 59

4.1 ... Tippen, kompilieren, testen ... 59
4.2 ... Grundstruktur eines Python-Programms ... 63
4.3 ... Das erste Programm ... 66
4.4 ... Kommentare ... 69
4.5 ... Der Fehlerfall ... 69

5. Kontrollstrukturen ... 71

5.1 ... Fallunterscheidungen ... 71
5.2 ... Schleifen ... 76
5.3 ... Die pass-Anweisung ... 84

6. Dateien ... 85

6.1 ... Datenströme ... 85
6.2 ... Daten aus einer Datei auslesen ... 86
6.3 ... Daten in eine Datei schreiben ... 90
6.4 ... Das Dateiobjekt erzeugen ... 91

7. Das Laufzeitmodell ... 97

7.1 ... Die Struktur von Instanzen ... 99
7.2 ... Referenzen und Instanzen freigeben ... 103
7.3 ... Mutable vs. immutable Datentypen ... 104

8. Funktionen, Methoden und Attribute ... 109

8.1 ... Parameter von Funktionen und Methoden ... 109
8.2 ... Attribute ... 112

9. Informationsquellen zu Python ... 113

9.1 ... Die Built-in Function help ... 113
9.2 ... Die Onlinedokumentation ... 114
9.3 ... PEPs ... 114

TEIL II Datentypen ... 117

10. Das Nichts -- NoneType ... 119
11. Operatoren ... 121
12. Numerische Datentypen ... 125

12.1 ... Arithmetische Operatoren ... 125
12.2 ... Vergleichende Operatoren ... 127
12.3 ... Konvertierung zwischen numerischen Datentypen ... 128
12.4 ... Ganzzahlen -- int ... 129
12.5 ... Gleitkommazahlen -- float ... 135
12.6 ... Boolesche Werte -- bool ... 137
12.7 ... Komplexe Zahlen -- complex ... 143

13. Sequenzielle Datentypen ... 147

13.1 ... Operationen auf Instanzen sequenzieller Datentypen ... 148
13.2 ... Listen -- list ... 159
13.3 ... Unveränderliche Listen -- tuple ... 171
13.4 ... Strings -- str, bytes, bytearray ... 174

14. Zuordnungen ... 207

14.1 ... Dictionary -- dict ... 207

15. Mengen ... 219

15.1 ... Die Datentypen set und frozenset ... 219
15.2 ... Veränderliche Mengen -- set ... 227
15.3 ... Unveränderliche Mengen -- frozenset ... 229

16. Collections ... 231

16.1 ... Verkettete Dictionarys ... 231
16.2 ... Zählen von Häufigkeiten ... 232
16.3 ... Dictionarys mit Standardwerten ... 235
16.4 ... Doppelt verkettete Listen ... 235
16.5 ... Benannte Tupel ... 237
16.6 ... Sortierte Dictionarys ... 239

17. Datum und Zeit ... 241

17.1 ... Elementare Zeitfunktionen -- time ... 241
17.2 ... Objektorientierte Datumsverwaltung -- datetime ... 249

18. Aufzählungstypen -- Enum ... 261

18.1 ... Aufzählungstyp für Bitmuster -- Flag ... 263
18.2 ... Ganzzahlige Aufzählungstypen -- IntEnum ... 264

TEIL III Fortgeschrittene Programmiertechniken ... 265

19. Funktionen ... 267

19.1 ... Schreiben einer Funktion ... 269
19.2 ... Funktionsobjekte ... 272
19.3 ... Funktionsparameter ... 273
19.4 ... Namensräume ... 283
19.5 ... Anonyme Funktionen ... 288
19.6 ... Annotationen ... 289
19.7 ... Rekursion ... 291
19.8 ... Eingebaute Funktionen ... 291

20. Modularisierung ... 317

20.1 ... Einbinden globaler Module ... 317
20.2 ... Lokale Module ... 320
20.3 ... Pakete ... 323
20.4 ... Das Paket importlib ... 327

21. Objektorientierung ... 333

21.1 ... Klassen ... 338
21.2 ... Vererbung ... 343
21.3 ... Setter und Getter und Property Attributes ... 358
21.4 ... Klassenattribute und Klassenmethoden sowie statische Methoden ... 360
21.5 ... Built-in Functions für Objektorientierung ... 363
21.6 ... Objektphilosophie ... 367
21.7 ... Magic Methods und Magic Attributes ... 369

22. Ausnahmebehandlung ... 389

22.1 ... Exceptions ... 389
22.2 ... Zusicherungen -- assert ... 402

23. Iteratoren ... 403

23.1 ... Comprehensions ... 403
23.2 ... Generatoren ... 407
23.3 ... Iteratoren ... 414
23.4 ... Spezielle Generatoren -- itertools ... 424

24. Kontextobjekte ... 435

24.1 ... Die with-Anweisung ... 435
24.2 ... Hilfsfunktionen für with-Kontexte -- contextlib ... 438

25. Manipulation von Funktionen und Methoden ... 441

25.1 ... Decorator ... 441
25.2 ... Das Modul functools ... 444

TEIL IV Die Standardbibliothek ... 453

26. Mathematik ... 455

26.1 ... Mathematische Funktionen -- math, cmath ... 455
26.2 ... Zufallszahlengenerator -- random ... 460
26.3 ... Präzise Dezimalzahlen -- decimal ... 464

27. Kryptografie ... 471

27.1 ... Hash-Funktionen -- hashlib ... 471
27.2 ... Verschlüsselung -- PyCrypto ... 476

28. Reguläre Ausdrücke ... 485

28.1 ... Syntax regulärer Ausdrücke ... 485
28.2 ... Verwendung des Moduls ... 496
28.3 ... Ein einfaches Beispielprogramm -- Searching ... 503
28.4 ... Ein komplexeres Beispielprogramm -- Matching ... 504

29. Schnittstelle zu Betriebssystem und Laufzeitumgebung ... 509

29.1 ... Funktionen des Betriebssystems -- os ... 509
29.2 ... Zugriff auf die Laufzeitumgebung -- sys ... 512

30. Kommandozeilenparameter ... 519

30.1 ... Taschenrechner -- ein einfaches Beispiel ... 520
30.2 ... Ein weiteres Beispiel ... 524

31. Dateisystem ... 527

31.1 ... Zugriff auf das Dateisystem mit os ... 527
31.2 ... Dateipfade -- os.path ... 534
31.3 ... Zugriff auf das Dateisystem -- shutil ... 538
31.4 ... Temporäre Dateien -- tempfile ... 544

32. Parallele Programmierung ... 547

32.1 ... Prozesse, Multitasking und Threads ... 547
32.2 ... Pythons Schnittstellen zur Parallelisierung ... 550
32.3 ... Parallelisierung von Funktionsaufrufen ... 551
32.4 ... Die Module threading und multiprocessing ... 562
32.5 ... Die Thread-Unterstützung in Python ... 563
32.6 ... Einblick in das Modul multiprocessing ... 572
32.7 ... Ausblick ... 574

33. Datenspeicherung ... 575

33.1 ... Komprimierte Dateien lesen und schreiben -- gzip ... 575
33.2 ... XML ... 577
33.3 ... Datenbanken ... 590
33.4 ... Serialisierung von Instanzen -- pickle ... 611
33.5 ... Das Datenaustauschformat JSON -- json ... 614
33.6 ... Das Tabellenformat CSV -- csv ... 615

34. Netzwerkkommunikation ... 623

34.1 ... Socket API ... 624
34.2 ... URLs -- urllib ... 643
34.3 ... FTP -- ftplib ... 652
34.4 ... EMail ... 659
34.5 ... Telnet -- telnetlib ... 677
34.6 ... XML-RPC ... 680

35. Debugging und Qualitätssicherung ... 691

35.1 ... Der Debugger ... 691
35.2 ... Formatierte Bildschirmausgabe -- pprint ... 694
35.3 ... Logdateien -- logging ... 696
35.4 ... Automatisiertes Testen ... 702
35.5 ... Analyse des Laufzeitverhaltens ... 710
35.6 ... Optimierung ... 720

36. Dokumentation ... 727

36.1 ... Docstrings ... 727
36.2 ... Automatisches Erstellen einer Dokumentation -- pydoc ... 729

TEIL V Weiterführende Themen ... 731

37. Anbindung an andere Programmiersprachen ... 733

37.1 ... Dynamisch ladbare Bibliotheken -- ctypes ... 734
37.2 ... Schreiben von Extensions ... 742
37.3 ... Python als eingebettete Skriptsprache ... 752
37.4 ... Alternative Interpreter ... 757

38. Distribution von Python-Projekten ... 769

38.1 ... Eine Geschichte der Distributionen in Python ... 769
38.2 ... Erstellen von Distributionen -- setuptools ... 771
38.3 ... Der Python-Paketmanager -- pip ... 782
38.4 ... Der Paketmanager conda ... 783
38.5 ... Lokalisierung von Programmen -- gettext ... 786

39. Grafische Benutzeroberflächen ... 791

39.1 ... Toolkits ... 791
39.2 ... Einführung in tkinter ... 794
39.3 ... Einführung in PyQt ... 839
39.4 ... Signale und Slots ... 849
39.5 ... Wichtige Widgets ... 853
39.6 ... Zeichenfunktionalität ... 860
39.7 ... Model-View-Architektur ... 872

40. Python als serverseitige Programmiersprache im WWW -- ein Einstieg in Django ... 889

40.1 ... Konzepte und Besonderheiten von Django ... 890
40.2 ... Installation von Django ... 891
40.3 ... Erstellen eines neuen Django-Projekts ... 894
40.4 ... Erstellung einer Applikation ... 898

41. Wissenschaftliches Rechnen ... 939

41.1 ... Installation ... 940
41.2 ... Das Modellprogramm ... 941
41.3 ... Überblick über die Module numpy und scipy ... 949

42. Insiderwissen ... 961

42.1 ... URLs im Standardbrowser öffnen -- webbrowser ... 961
42.2 ... Interpretieren von Binärdaten -- struct ... 961
42.3 ... Versteckte Passworteingabe ... 964
42.4 ... Kommandozeilen-Interpreter ... 965
42.5 ... Dateiinterface für Strings -- io.StringIO ... 967
42.6 ... Generatoren als Konsumenten ... 968
42.7 ... Kopieren von Instanzen -- copy ... 973
42.8 ... Die interaktive Python-Shell -- IPython ... 977
42.9 ... Das Jupyter Notebook ... 980
42.10 ... Bildverarbeitung -- Pillow ... 983

43. Von Python 2 nach Python 3 ... 995

43.1 ... Die wichtigsten Unterschiede ... 998
43.2 ... Automatische Konvertierung ... 1004
43.3 ... Geplante Sprachelemente ... 1007

A. Anhang ... 1009

A.1 ... Reservierte Wörter ... 1009
A.2 ... Eingebaute Funktionen ... 1009
A.3 ... Eingebaute Exceptions ... 1013
A.4 ... Python IDEs ... 1017

Index ... 1025