Python 3

1. Einleitung ... 31

1.1 ... Warum haben wir dieses Buch geschrieben? ... 31

1.2 ... Was leistet dieses Buch? ... 32

1.3 ... Wie ist dieses Buch aufgebaut? ... 32

1.4 ... Wer sollte dieses Buch wie lesen? ... 33

1.5 ... Beispielprogramme ... 34

1.6 ... Vorwort zur achten Auflage ... 34

1.7 ... Danksagung ... 35

2. Die Programmiersprache Python ... 39

2.1 ... Geschichte und Entstehung ... 39

2.2 ... Grundlegende Konzepte ... 40

2.3 ... Einsatzmöglichkeiten und Stärken ... 41

2.4 ... Die Installation von Python ... 43

2.5 ... Drittanbietermodule installieren ... 45

2.6 ... Die Verwendung von Python ... 46

TEIL I. Einstieg in Python ... 49

3. Erste Schritte im interaktiven Modus ... 51

3.1 ... Ganze Zahlen ... 52

3.2 ... Gleitkommazahlen ... 53

3.3 ... Zeichenketten ... 54

3.4 ... Listen ... 55

3.5 ... Dictionarys ... 55

3.6 ... Variablen ... 56

3.7 ... Logische Ausdrücke ... 58

3.8 ... Funktionen und Methoden ... 60

3.9 ... Bildschirmausgaben ... 62

3.10 ... Module ... 63

4. Der Weg zum ersten Programm ... 65

4.1 ... Tippen, kompilieren, testen ... 65

4.2 ... Grundstruktur eines Python-Programms ... 69

4.3 ... Das erste Programm ... 73

4.4 ... Kommentare ... 75

4.5 ... Der Fehlerfall ... 76

5. Kontrollstrukturen ... 79

5.1 ... Fallunterscheidungen ... 79

5.2 ... Schleifen ... 83

5.3 ... Die pass-Anweisung ... 91

5.4 ... Zuweisungsausdrücke ... 91

6. Dateien ... 95

6.1 ... Datenströme ... 95

6.2 ... Daten aus einer Datei auslesen ... 96

6.3 ... Daten in eine Datei schreiben ... 101

6.4 ... Das Dateiobjekt erzeugen ... 102

7. Das Datenmodell ... 109

7.1 ... Die Struktur von Instanzen ... 111

7.2 ... Referenzen löschen ... 116

7.3 ... Mutable vs. immutable Datentypen ... 118

8. Funktionen, Methoden und Attribute ... 123

8.1 ... Parameter von Funktionen und Methoden ... 123

8.2 ... Attribute ... 126

9. Informationsquellen zu Python ... 129

9.1 ... Die Built-in Function help ... 129

9.2 ... Die Onlinedokumentation ... 130

9.3 ... PEPs ... 130

TEIL II. Datentypen ... 133

10. Basisdatentypen: eine Übersicht ... 135

10.1 ... Das Nichts -- NoneType ... 136

10.2 ... Operatoren ... 137

11. Numerische Datentypen ... 143

11.1 ... Arithmetische Operatoren ... 143

11.2 ... Vergleichende Operatoren ... 145

11.3 ... Konvertierung zwischen numerischen Datentypen ... 146

11.4 ... Ganzzahlen -- int ... 147

11.5 ... Gleitkommazahlen -- float ... 154

11.6 ... Boolesche Werte -- bool ... 157

11.7 ... Komplexe Zahlen -- complex ... 163

12. Sequenzielle Datentypen ... 167

12.1 ... Der Unterschied zwischen Text und Binärdaten ... 167

12.2 ... Operationen auf Instanzen sequenzieller Datentypen ... 169

12.3 ... Listen -- list ... 181

12.4 ... Unveränderliche Listen -- tuple ... 195

12.5 ... Strings -- str, bytes, bytearray ... 199

13. Zuordnungen und Mengen ... 239

13.1 ... Dictionary -- dict ... 239

13.2 ... Mengen -- set und frozenset ... 253

14. Collections ... 267

14.1 ... Verkettete Dictionarys ... 267

14.2 ... Zählen von Häufigkeiten ... 268

14.3 ... Dictionarys mit Standardwerten ... 271

14.4 ... Doppelt verkettete Listen ... 272

14.5 ... Benannte Tupel ... 274

15. Datum und Zeit ... 277

15.1 ... Elementare Zeitfunktionen -- time ... 277

15.2 ... Objektorientierte Datumsverwaltung -- datetime ... 286

15.3 ... Zeitzonen -- zoneinfo ... 296

16. Enumerationen und Flags ... 303

16.1 ... Aufzählungstypen -- Enum ... 303

16.2 ... Aufzählungstypen für Bitmuster -- Flag ... 305

16.3 ... Ganzzahlige Aufzählungstypen -- IntEnum ... 306

TEIL III. Fortgeschrittene Programmiertechniken ... 309

17. Funktionen ... 311

17.1 ... Definieren einer Funktion ... 313

17.2 ... Rückgabewerte ... 314

17.3 ... Funktionsobjekte ... 316

17.4 ... Optionale Parameter ... 317

17.5 ... Schlüsselwortparameter ... 318

17.6 ... Beliebige Anzahl von Parametern ... 319

17.7 ... Reine Schlüsselwortparameter ... 321

17.8 ... Reine Positionsparameter ... 323

17.9 ... Unpacking beim Funktionsaufruf ... 324

17.10 ... Seiteneffekte ... 326

17.11 ... Namensräume ... 329

17.12 ... Anonyme Funktionen ... 336

17.13 ... Rekursion ... 337

17.14 ... Eingebaute Funktionen ... 338

18. Module und Pakete ... 365

18.1 ... Einbinden globaler Module ... 366

18.2 ... Lokale Module ... 368

18.3 ... Pakete ... 371

18.4 ... Das Paket importlib ... 376

18.5 ... Geplante Sprachelemente ... 377

19. Objektorientierte Programmierung ... 379

19.1 ... Beispiel: Ein nicht objektorientiertes Konto ... 379

19.2 ... Klassen ... 385

19.3 ... Vererbung ... 390

19.4 ... Mehrfachvererbung ... 403

19.5 ... Property-Attribute ... 404

19.6 ... Statische Methoden ... 407

19.7 ... Klassenmethoden ... 409

19.8 ... Klassenattribute ... 411

19.9 ... Built-in Functions für die objektorientierte Programmierung ... 411

19.10 ... Erben von eingebauten Datentypen ... 415

19.11 ... Magic Methods und Magic Attributes ... 417

19.12 ... Datenklassen ... 438

20. Ausnahmebehandlung ... 443

20.1 ... Exceptions ... 443

20.2 ... Zusicherungen -- assert ... 459

20.3 ... Warnungen ... 460

20.4 ... Exception Groups ... 461

21. Generatoren und Iteratoren ... 467

21.1 ... Generatoren ... 467

21.2 ... Iteratoren ... 474

21.3 ... Spezielle Generatoren -- itertools ... 485

21.4 ... Generatoren als Konsumenten ... 495

22. Kontext-Manager ... 501

22.1 ... Die with-Anweisung ... 501

22.2 ... Hilfsfunktionen für with-Kontexte -- contextlib ... 504

23. Dekoratoren ... 509

23.1 ... Funktionsdekoratoren ... 509

23.2 ... Klassendekoratoren ... 515

23.3 ... Das Modul functools ... 516

24. Annotationen und statische Typprüfung ... 523

24.1 ... Annotationen ... 525

24.2 ... Type Hints -- das Modul typing ... 532

24.3 ... Statische Typprüfung in Python -- mypy ... 539

25. Structural Pattern Matching ... 541

25.1 ... Die match-Anweisung ... 541

25.2 ... Arten von Mustern in der case-Anweisung ... 542

TEIL IV. Die Standardbibliothek ... 559

26. Mathematik ... 561

26.1 ... Mathematische Funktionen -- math, cmath ... 561

26.2 ... Zufallszahlengenerator -- random ... 568

26.3 ... Statistische Berechnungen -- statistics ... 572

26.4 ... Intuitive Dezimalzahlen -- decimal ... 574

26.5 ... Hash-Funktionen -- hashlib ... 580

27. Bildschirmausgaben und Logging ... 589

27.1 ... Übersichtliche Ausgabe komplexer Objekte -- pprint ... 589

27.2 ... Logdateien -- logging ... 591

28. Reguläre Ausdrücke ... 599

28.1 ... Die Syntax regulärer Ausdrücke ... 599

28.2 ... Verwendung des Moduls re ... 611

28.3 ... Ein einfaches Beispielprogramm -- Searching ... 618

28.4 ... Ein komplexeres Beispielprogramm -- Matching ... 620

28.5 ... Kommentare in regulären Ausdrücken ... 623

28.6 ... Katastrophales Backtracking ... 624

29. Schnittstellen zum Betriebssystem und zur Laufzeitumgebung ... 627

29.1 ... Funktionen des Betriebssystems -- os ... 627

29.2 ... Starten von Subprozessen -- subprocess ... 630

29.3 ... Zugriff auf die Laufzeitumgebung -- sys ... 633

29.4 ... Kommandozeilenparameter -- argparse ... 638

30. Das Dateisystem ... 647

30.1 ... Grundlegendes zu Dateisystemen und Pfaden ... 647

30.2 ... Die moderne Lösung -- pathlib ... 649

30.3 ... Zugriff auf das Dateisystem mit os ... 656

30.4 ... Dateipfade -- os.path ... 664

30.5 ... Zugriff auf das Dateisystem -- shutil ... 668

30.6 ... Temporäre Dateien -- tempfile ... 674

31. Parallele Programmierung ... 677

31.1 ... Prozesse, Multitasking und Threads ... 677

31.2 ... Pythons Schnittstellen zur Parallelisierung ... 682

31.3 ... Die abstrakte Schnittstelle -- concurrent.futures ... 683

31.4 ... Die flexible Schnittstelle -- threading und multiprocessing ... 694

31.5 ... Die kooperative Schnittstelle -- asyncio ... 706

31.6 ... Fazit: Welche Schnittstelle ist die richtige? ... 725

32. Datenspeicherung ... 727

32.1 ... Das Datenaustauschformat JSON -- json ... 727

32.2 ... Serialisierung von Instanzen -- pickle ... 729

32.3 ... Das Tabellenformat CSV -- csv ... 733

32.4 ... Komprimierte Dateien und Archive ... 739

32.5 ... Datenbanken ... 741

32.6 ... XML ... 761

33. Netzwerkkommunikation ... 777

33.1 ... Die Socket API ... 778

33.2 ... XML-RPC ... 797

34. Zugriff auf Ressourcen im Internet ... 807

34.1 ... Protokolle ... 807

34.2 ... Lösungen ... 808

34.3 ... Der einfache Weg -- requests ... 809

34.4 ... URLs -- urllib ... 812

34.5 ... FTP -- ftplib ... 820

35. E-Mail ... 829

35.1 ... SMTP -- smtplib ... 829

35.2 ... POP3 -- poplib ... 832

35.3 ... IMAP4 -- imaplib ... 837

35.4 ... Erstellen komplexer E-Mails -- email ... 843

36. Debugging und Qualitätssicherung ... 847

36.1 ... Der Debugger ... 847

36.2 ... Automatisiertes Testen ... 850

36.3 ... Analyse des Laufzeitverhaltens ... 858

37. Dokumentation ... 869

37.1 ... Docstrings ... 869

37.2 ... Automatisches Erstellen einer Dokumentation -- pydoc ... 871

TEIL V. Weiterführende Themen ... 873

38. Distribution von Python-Projekten ... 875

38.1 ... Eine Geschichte der Distributionen in Python ... 875

38.2 ... Erstellen von Distributionen -- setuptools ... 877

38.3 ... Erstellen von EXE-Dateien -- cx_Freeze ... 886

38.4 ... Paketmanager ... 888

38.5 ... Lokalisierung von Programmen -- gettext ... 893

39. Virtuelle Umgebungen ... 899

39.1 ... Das Arbeiten mit virtuellen Umgebungen -- venv ... 900

39.2 ... Virtuelle Umgebungen in Anaconda ... 901

40. Alternative Interpreter und Compiler ... 903

40.1 ... Just-in-Time-Kompilierung -- PyPy ... 903

40.2 ... Numba ... 905

40.3 ... Anbindung an C und C++ -- Cython ... 907

40.4 ... Die interaktive Python-Shell -- IPython ... 914

41. Grafische Benutzeroberflächen ... 923

41.1 ... Toolkits ... 923

41.2 ... Einführung in tkinter ... 925

41.3 ... Einführung in PySide6 ... 972

42. Python als serverseitige Programmiersprache im WWW -- ein Einstieg in Django ... 1021

42.1 ... Konzepte und Besonderheiten von Django ... 1022

42.2 ... Installation von Django ... 1023

42.3 ... Ein neues Django-Projekt erstellen ... 1024

42.4 ... Eine Applikation erstellen ... 1028

43. Wissenschaftliches Rechnen und Data Science ... 1069

43.1 ... Installation ... 1070

43.2 ... Das Modellprogramm ... 1071

43.3 ... Überblick über die Module numpy und scipy ... 1080

43.4 ... Eine Einführung in die Datenanalyse mit pandas ... 1090

44. Insiderwissen ... 1107

44.1 ... URLs im Standardbrowser öffnen -- webbrowser ... 1107

44.2 ... Interpretieren von Binärdaten -- struct ... 1107

44.3 ... Versteckte Passworteingabe -- getpass ... 1110

44.4 ... Kommandozeilen-Interpreter -- cmd ... 1110

44.5 ... Dateiinterface für Strings -- io.StringIO ... 1113

44.6 ... Kopieren von Instanzen -- copy ... 1114

44.7 ... Bildverarbeitung -- Pillow ... 1118

45. Eine Geschichte der Python-Versionen ... 1129

45.1 ... Die Versionshistorie ... 1129

45.2 ... Der Sprung nach Python 3 ... 1132

Anhang ... 1139

A.1 ... Reservierte Wörter ... 1139

A.2 ... Operatorrangfolge ... 1139

A.3 ... Eingebaute Funktionen ... 1141

A.4 ... Eingebaute Exceptions ... 1145

A.5 ... Python-IDEs ... 1150

Index ... 1153