Eine Vorschau¶

Um möglichst schnell erste interessante Programme schreiben zu können, beginnen wir mit einer Vorschau auf einige wenige wichtige Elemente der Programmiersprache Python. Die dabei auftretenden Fragen werden dann in den folgenden Kapiteln geklärt. Wir werden vor allem die folgenden Aspekte ansprechen:

• Umgang mit Variablen
• Ausgabe von Ergebnissen auf dem Bildschirm
• Kontrolle des Programmverlaufs mit Hilfe von Schleifen und Verzweigungen

Da wir nur kurze Codesegmente ausprobieren werden, benutzen wir die Python- oder IPython-Shell und versuchen zunächst einmal, eine ganz einfache Rechnung auszuführen.

>>> 1+1
2
>>> 5*7
35

Es wird uns auf Dauer jedoch nicht genügen, Rechnungen mit fest vorgegebenen Zahlen auszuführen, sondern wir werden auch Variablen benötigen.

>>> x = 3
>>> x**2
9
>>> x = x+1
>>> x
4

Wir können also einer Variable, die hier x genannt wurde, eine Zahl zuweisen und anschließend mit dieser Variable Rechnungen ausführen. Beispielsweise können wir die Zahl quadrieren. Allerdings muss man sich davor hüten, das Gleichheitszeichen in seiner üblichen mathematischen Bedeutung zu verstehen, denn dann wäre die Anweisung x = x+1 in der vierten Zeile ein mathematischer Widerspruch. Python interpretiert das Gleichheitszeichen im Sinne einer Zuweisung, bei der die rechte Seite ausgewertet und der linken Seite zugewiesen wird.

Führen wir eine Division aus, so zeigt sich, dass Python nicht nur ganze Zahlen beherrscht, sondern auch Gleitkommazahlen.

>>> 5/2
2.5

In der Shell wird das Ergebnis einer Anweisung auf dem Bildschirm ausgegeben, sofern das Ergebnis nicht einer Variable zugewiesen wird. Weiter oben hatten wir schon gesehen, dass der Inhalt einer Variable ausgegeben werden kann, indem man den Namen der Variable in der Shell eingibt. Speichert man ein Skript in einer Datei ab und führt diese aus, so erhält man auf diese Weise jedoch keine Ausgabe. Wir speichern die folgenden Anweisungen in einer Datei namens foo.py ab [1]:

x = 5*8
x = x+2
x

Führen wir diese Datei im Python-Interpreter aus, so erhalten wir keine Ausgabe:

$ python foo.py
$

In den meisten Fällen möchte man jedoch das Ergebnis eines Programms wissen. Dazu verwendet man die print-Anweisung. Im einfachsten Fall kann dies folgendermaßen aussehen:

x = 5*8
x = x+2
print(x)

Speichern wir diese Anweisungen wiederum in der Datei foo.py ab und führen sie im Python-Interpreter aus, so erhalten wir eine Ausgabe:

$ python foo.py
42
$

Eine etwas informativere Ausgabe kann man folgendermaßen erhalten. Das Programm foo.py

x = 5*8
x = x+2
print("Das Ergebnis lautet:", x)

führt zu folgender Ausgabe:

$ python foo.py
Das Ergebnis lautet: 42
$

Dabei wurden Anführungszeichen benutzt, um dem Python-Interpreter anzuzeigen, dass sich dazwischen auszugebender Text befindet. Die Darstellung der Ausgabe lässt sich sehr viel genauer spezifizieren. Wie das geht, werden wir im Kapitel Zeichenketten sehen.

Ein großer Vorteil von Computern liegt unter anderem darin, dass auch vielfache Wiederholungen der gleichen Aufgabe zuverlässig ausgeführt werden. Dazu kann man Schleifen verwenden. Betrachten wir ein einfaches Beispiel, das wir in einer Datei summe.py abspeichern:

1
2
3
4
5

summe = 0
for n in range(5):
    print("Schleifendurchgang", n)
    summe = summe+1
print("Summe =", summe)

Bevor wir dieses Skript genauer ansehen, wollen wir uns davon überzeugen, dass es vernünftig funktioniert:

$ python summe.py
Schleifendurchgang 0
Schleifendurchgang 1
Schleifendurchgang 2
Schleifendurchgang 3
Schleifendurchgang 4
Summe = 5
$

Wie entsteht diese Ausgabe? In Zeile 1 belegen wir zunächst die Variable summe mit dem Wert 0. Später wird dieser Wert beim Durchlaufen der Schleife jeweils um Eins erhöht. In Zeile 2 beginnt die eigentliche Schleife. Wie der Wert der range-Anweisung angibt, soll die Schleife fünfmal durchlaufen werden. Dabei nimmt die Variable n nacheinander die Werte 0, 1, 2, 3 und 4 an. Anschließend folgt in den Zeilen 3 und 4 ein eingerückter Bereich. Die Einrückung gibt den Teil des Codes an, der im Rahmen der Schleife wiederholt ausgeführt wird. Dabei muss immer gleich weit eingerückt werden. Es empfiehlt sich, immer vier Leerzeichen zur Einrückung zu verwenden. Beim Schleifendurchlauf wird nun zunächst angegeben, der wievielte Durchlauf gerade stattfindet. Anschließend wird in Zeile 4 die Variable summe inkrementiert. In Zeile 5 wurde die Schleife bereits wieder verlassen und es wird das Ergebnis der fünffachen Inkrementierung ausgegeben.

Rücken Sie im Skript summe.py Zeile 5 ebenfalls ein. Überlegen Sie sich zunächst, welche Ausgabe Sie erwarten, und überprüfen Sie Ihre Überlegung, indem Sie das Skript anschließend ausführen.

Sehen wir uns noch an, wie die Eingabe der Schleife in der Python-Shell ablaufen würde:

>>> summe = 0
>>> for n in range(5):
...     print("Schleifendurchgang", n)
...     summe = summe+1
...
Schleifendurchgang 0
Schleifendurchgang 1
Schleifendurchgang 2
Schleifendurchgang 3
Schleifendurchgang 4
>>> print("Summe", summe)
Summe 5

Nach der Eingabe der zweiten Zeile erkennt der Python-Interpreter, dass gerade eine Schleife begonnen wurde. Dies wird durch Änderung der Eingabeaufforderung von >>> nach ... angedeutet. Will man die Schleife beenden, so verzichtet man auf eine Eingabe und drückt direkt die Eingabetaste.

Bei der Eingabe können verschiedene Dinge schieflaufen. Betrachten wir zwei Beispiele.

>>> summe = 0
>>> for n in range(5) # doctest: +SKIP
      File "<stdin>", line 1
        for n in range(5)
                        ^
    SyntaxError: invalid syntax

Der SyntaxError weist darauf hin, dass die Eingabe nicht die Form hat, die der Python-Interpreter erwartet. In diesem Fall fehlt der Doppelpunkt am Ende der Zeile – ein beliebter Fehler. Kein Problem, man nimmt einfach einen zweiten Anlauf.

>>> for n in range(5): # doctest: +SKIP
... print("Schleifendurchgang", n)
      File "<stdin>", line 2
        print("Schleifendurchgang", n)
            ^
    IndentationError: expected an indented block

Hier wurde der Doppelpunkt eingegeben, aber in der nächsten Zeile fehlt die Einrückung, worauf die Fehlermeldung expected an indented block deutlich hinweist.

Abschließend wollen wir noch Verzweigungen ansprechen, die es erlauben, abhängig davon, ob eine bestimmte Bedingung erfüllt ist, unterschiedlichen Programmcode auszuführen. Betrachten wir wieder ein Beispiel:

1
2
3
4
5
6

temperatur = 25
if temperatur < 28:
    print("Ich rechne meine Übungsaufgaben.")
else:
    print("Ich gehe lieber in's Freibad.")
print("Das war's.")

Liest man das Programm und übersetzt die einzelnen Befehle ins Deutsche, so hat man eigentlich schon eine gute Vorstellung davon, was dieses Programm machen wird. Wenn (»if«) die Temperatur unter 28 Grad ist, rechne ich meine Übungsaufgaben oder genauer: Das Programm gibt aus, dass ich meine Übungsaufgaben rechnen werde. Andernfalls (»else«) ist es zu warm, und ich gehe lieber in’s Freibad.

Um zu testen, ob wir den Code richtig interpretiert haben, führen wir das Programm aus und erhalten die folgende Ausgabe:

Ich rechne meine Übungsaufgaben.
Das war's.

Setzt man dagegen die Variable temperatur auf einen Wert von 28 oder größer, so lautet die Ausgabe:

Ich gehe lieber in's Freibad.
Das war's.

Der wichtige Teil dieses Programm befindet sich in den Zeilen 2 bis 5. Ist die Bedingung in der Zeile 2 erfüllt, so wird der danach befindliche, eingerückte Block ausgeführt. Dieser kann durchaus auch mehr als eine Zeile umfassen. Ist die Bedingung in Zeile 2 dagegen nicht erfüllt, so wird der Block nach der else:-Zeile ausgeführt. Wichtig sind hier, wie schon bei der Schleife, die Doppelpunkte nach der if-Bedingung und nach else sowie die Einrückung der zugehörigen Codeblöcke. Die nicht mehr eingerückte Anweisung in Zeile 6 wird unabhängig davon ausgeführt, ob die Bedingung in Zeile 2 erfüllt ist oder nicht.