1 Einführung

17

1.1 Vorteile von Python

17

1.2 Verbreitung von Python

18

1.3 Aufbau des Buchs

18

1.4 Übungen

20

1.5 Installation von Python unter Windows

20

1.6 Installation von Python unter Ubuntu Linux

21

1.7 Installation von Python unter macOS

21

2 Erste Schritte

23

2.1 Python als Taschenrechner

23

2.1.1 Eingabe von Berechnungen

23

2.1.2 Addition, Subtraktion und Multiplikation

24

2.1.3 Division, Ganzzahldivision und Modulo

24

2.1.4 Rangfolge und Klammern

25

2.1.5 Variablen und Zuweisung

26

2.2 Erstes Programm

28

2.2.1 Hallo Welt

28

2.2.2 Eingabe eines Programms

28

2.3 Speichern und Ausführen

29

2.3.1 Speichern

29

2.3.2 Ausführen unter Windows

29

2.3.3 Ausführen unter Ubuntu Linux und unter macOS

31

2.3.4 Kommentare

32

2.3.5 Verkettung von Ausgaben

33

2.3.6 Lange Ausgaben

33

3 Programmierkurs

35

3.1 Ein Spiel programmieren

35

3.2 Variablen und Operatoren

36

3.2.1 Berechnung und Zuweisung

36

3.2.2 Eingabe einer Zeichenkette

37

3.2.3 Eingabe einer Zahl

37

3.2.4 Spiel, Version mit Eingabe

38

3.2.5 Zufallszahlen

40

3.2.6 Typhinweise

41

3.3 Verzweigungen

41

3.3.1 Vergleichsoperatoren

41

3.3.2 Einfache Verzweigung

42

3.3.3 Spiel, Version mit Bewertung der Eingabe

43

3.3.4 Mehrfache Verzweigung

44

3.3.5 Logische Operatoren

46

3.3.6 Mehrere Vergleichsoperatoren

49

3.3.7 Spiel, Version mit genauer Bewertung der Eingabe

50

3.3.8 Rangfolge der Operatoren

51

3.4 Schleifen

52

3.4.1 for-Schleife

52

3.4.2 Schleifenabbruch mit »break«

53

3.4.3 Geschachtelte Kontrollstrukturen

54

3.4.4 Spiel, Version mit for-Schleife und Abbruch

55

3.4.5 for-Schleife mit »range()«

56

3.4.6 Spiel, Version mit »range()«

59

3.4.7 while-Schleife

61

3.4.8 Spiel, Version mit while-Schleife und Zähler

62

3.4.9 Kombinierte Zuweisungsausdrücke

64

3.5 Entwicklung eines Programms

64

3.6 Fehler und Ausnahmen

65

3.6.1 Basisprogramm

66

3.6.2 Fehler abfangen

67

3.6.3 Eingabe wiederholen

68

3.6.4 Exkurs: Schleifenfortsetzung mit »continue«

70

3.6.5 Spiel, Version mit Ausnahmebehandlung

71

3.7 Funktionen und Module

72

3.7.1 Einfache Funktionen

73

3.7.2 Funktionen mit einem Parameter

75

3.7.3 Funktionen mit mehreren Parametern

76

3.7.4 Funktionen mit Rückgabewert

77

3.7.5 Spiel, Version mit Funktionen

78

3.8 Das fertige Spiel

80

4 Datentypen

85

4.1 Zahlen

85

4.1.1 Ganze Zahlen

85

4.1.2 Zahlen mit Nachkommastellen

87

4.1.3 Typ ermitteln

88

4.1.4 Operator **

88

4.1.5 Rundung und Konvertierung

89

4.1.6 Winkelfunktionen

91

4.1.7 Weitere mathematische Funktionen

91

4.1.8 Bitoperatoren

94

4.1.9 Brüche

96

4.2 Zeichenketten

99

4.2.1 Eigenschaften

99

4.2.2 Operatoren

101

4.2.3 Operationen

102

4.2.4 Funktionen

104

4.2.5 Umwandlung einer Zeichenkette in eine Zahl

108

4.2.6 Umwandlung einer Zahl in eine Zeichenkette

110

4.2.7 Datentyp »bytes«

110

4.3 Listen

111

4.3.1 Eigenschaften

112

4.3.2 Operatoren

114

4.3.3 Funktionen und Operationen

114

4.4 Tupel

118

4.4.1 Eigenschaften

118

4.4.2 Operationen

118

4.4.3 Tupel entpacken

120

4.5 Dictionarys

122

4.5.1 Eigenschaften

122

4.5.2 Operatoren und Funktionen

124

4.5.3 Views

125

4.5.4 Vergleiche

127

4.6 Mengen, Sets

128

4.6.1 Eigenschaften

128

4.6.2 Funktionen

129

4.6.3 Operatoren

130

4.6.4 Frozenset

132

4.7 Wahrheitswerte und Nichts

133

4.7.1 Wahrheitswerte True und False

133

4.7.2 Nichts, None

137

4.8 Referenz, Identität und Kopie

138

4.8.1 Referenz und Identität

138

4.8.2 Ressourcen sparen

140

4.8.3 Objekte kopieren

142

5 Weiterführende Programmierung

143

5.1 Allgemeines

143

5.1.1 Kombinierte Zuweisungsoperatoren

143

5.1.2 Programmzeile in mehreren Zeilen

145

5.1.3 Eingabe mit Hilfestellung

146

5.1.4 Anweisung »pass«

147

5.1.5 Funktionen »eval()« und »exec()«

149

5.2 Ausgabe und Formatierung

150

5.2.1 Funktion »print()«

150

5.2.2 Formatierung mit String-Literalen

152

5.2.3 Formatierung mit »format()«

156

5.2.4 Formatierung wie in C

157

5.3 Conditional Expression

159

5.4 Iterierbare Objekte

160

5.4.1 Funktion »zip()«

160

5.4.2 Funktion »map()«

161

5.4.3 Funktion »filter()«

163

5.5 List Comprehension

164

5.6 Fehler und Ausnahmen

166

5.6.1 Allgemeines

166

5.6.2 Syntaxfehler

166

5.6.3 Laufzeitfehler

168

5.6.4 Logische Fehler und Debugging

169

5.6.5 Fehler erzeugen

173

5.6.6 Unterscheidung von Ausnahmen

175

5.7 Funktionen

176

5.7.1 Variable Anzahl von Parametern

177

5.7.2 Benannte Parameter

178

5.7.3 Parameter mit Vorgabewerten

179

5.7.4 Mehrere Rückgabewerte

180

5.7.5 Übergabe von Kopien und Referenzen

181

5.7.6 Lokal, global

184

5.7.7 Rekursive Funktionen

186

5.7.8 Lambda-Funktion

187

5.7.9 Funktionsname als Parameter

187

5.8 Eingebaute Funktionen

189

5.8.1 Funktionen »max()«, »min()« und »sum()«

191

5.8.2 Funktionen »chr()« und »ord()«

191

5.8.3 Funktionen »reversed()« und »sorted()«

193

5.9 Statistikfunktionen

194

5.10 Eigene Module

197

5.10.1 Eigene Module erzeugen

197

5.10.2 Standard-Import eines Moduls

198

5.10.3 Import eines Moduls mit Umbenennung

198

5.10.4 Import von Funktionen

198

5.11 Parameter der Kommandozeile

199

5.11.1 Übergabe von Zeichenketten

200

5.11.2 Übergabe von Zahlen

200

5.11.3 Beliebige Anzahl von Parametern

201

5.12 Programm »Bruchtraining«

201

5.12.1 Der Ablauf des Programms

202

5.12.2 Hauptprogramm

203

5.12.3 Eine leichte Aufgabe

204

5.12.4 Eine mittelschwere Aufgabe

205

5.12.5 Eine schwere Aufgabe

207

6 Objektorientierte Programmierung

209

6.1 Was ist OOP?

209

6.2 Klassen, Objekte und eigene Methoden

210

6.3 Konstruktor und Destruktor

212

6.4 Besondere Methoden

214

6.5 Operatormethoden

216

6.6 Referenz, Identität und Kopie

217

6.7 Vererbung

220

6.8 Mehrfachvererbung

223

6.9 Datenklassen

225

6.10 Enumerationen

227

6.11 Spiel, objektorientierte Version

229

7 Verschiedene Module

233

7.1 Datum und Zeit

233

7.1.1 Ausgabe der Zeit mit »localtime()«

233

7.1.2 Ausgabe der Zeit mit »strftime()«

235

7.1.3 Zeitangabe erzeugen

237

7.1.4 Mit Zeitangaben rechnen

238

7.1.5 Programm anhalten

240

7.1.6 Spiel, Version mit Zeitmessung

242

7.1.7 Spiel, objektorientierte Version mit Zeitmessung

243

7.2 Warteschlangen

244

7.2.1 Klasse SimpleQueue

245

7.2.2 Klasse LifoQueue

246

7.2.3 Klasse PriorityQueue

247

7.2.4 Klasse deque

247

7.3 Multithreading

251

7.3.1 Wozu dient Multithreading?

251

7.3.2 Erzeugung eines Threads

252

7.3.3 Identifizierung eines Threads

253

7.3.4 Gemeinsame Daten und Objekte

254

7.3.5 Threads und Exceptions

256

7.4 Reguläre Ausdrücke

257

7.4.1 Suchen von Teiltexten

258

7.4.2 Ersetzen von Teiltexten

262

7.5 Audioausgabe

265

8 Dateien

267

8.1 Dateitypen

267

8.2 Öffnen und Schließen einer Datei

268

8.3 Sequenzielle Dateien

269

8.3.1 Sequenzielles Schreiben

269

8.3.2 Sequenzielles Lesen

271

8.3.3 CSV-Datei schreiben

276

8.3.4 CSV-Datei lesen

278

8.4 Dateien mit festgelegter Struktur

280

8.4.1 Formatiertes Schreiben

281

8.4.2 Lesen an beliebiger Stelle

282

8.4.3 Schreiben an beliebiger Stelle

284

8.5 Serialisierung

285

8.5.1 Objekte in Datei schreiben

286

8.5.2 Objekte aus Datei lesen

287

8.6 Bearbeitung mehrerer Dateien

289

8.6.1 Funktion »glob.glob()«

289

8.6.2 Funktion »os.scandir()«

291

8.7 Informationen über Dateien

292

8.8 Dateien und Verzeichnisse verwalten

293

8.9 Beispielprojekt Morsezeichen

294

8.9.1 Morsezeichen aus Datei lesen

295

8.9.2 Ausgabe auf dem Bildschirm

296

8.9.3 Ausgabe mit Tonsignalen

297

8.10 Spiel, Version mit Highscore-Datei

300

8.10.1 Eingabebeispiel

300

8.10.2 Aufbau des Programms

301

8.10.3 Code des Programms

301

8.11 Spiel, objektorientierte Version mit Highscore-Datei

306

9 Internet

311

9.1 Laden und Senden von Internetdaten

311

9.1.1 Daten lesen

312

9.1.2 Daten kopieren

314

9.1.3 Daten senden per »GET«

315

9.1.4 Daten senden per »POST«

318

9.2 Webserver-Programmierung

320

9.2.1 Erstes Programm

321

9.2.2 Beantworten einer Benutzereingabe

322

9.2.3 Formularelemente mit mehreren Werten

325

9.2.4 Typen von Formularelementen

327

9.3 Browser aufrufen

333

9.4 Spiel, Version für das Internet

334

9.4.1 Eingabebeispiel

334

9.4.2 Aufbau des Programms

336

9.4.3 Code des Programms

337

10 Datenbanken

345

10.1 Aufbau von Datenbanken

345

10.2 SQLite

346

10.2.1 Datenbank, Tabelle und Datensätze

347

10.2.2 Daten anzeigen

349

10.2.3 Daten auswählen, Operatoren

350

10.2.4 Operator »LIKE«

353

10.2.5 Sortierung der Ausgabe

355

10.2.6 Auswahl nach Eingabe

356

10.2.7 Datensätze ändern

357

10.2.8 Datensätze löschen

360

10.3 SQLite auf dem Webserver

361

10.4 MySQL

363

10.4.1 XAMPP und Connector/Python

364

10.4.2 Datenbank erzeugen

364

10.4.3 Tabelle anlegen

366

10.4.4 Datensätze anlegen

367

10.4.5 Daten anzeigen

369

10.5 Spiel, Version mit Highscore-Datenbank

370

10.6 Spiel, objektorientierte Version mit Highscore-Datenbank

373

11 Benutzeroberflächen

375

11.1 Einführung

375

11.1.1 Eine erste GUI-Anwendung

376

11.1.2 Ändern von Eigenschaften

378

11.2 Widget-Typen

379

11.2.1 Anzeigefeld, Label

379

11.2.2 Eigenschaften von Bildern

382

11.2.3 Einzeilige Textbox, Entry

385

11.2.4 Versteckte Eingabe

387

11.2.5 Mehrzeilige Textbox, Text

388

11.2.6 Scrollende Textbox, ScrolledText

390

11.2.7 Listbox mit einfacher Auswahl

392

11.2.8 Listbox mit mehrfacher Auswahl

394

11.2.9 Spinbox

395

11.2.10 Scrollbar, scrollende Widgets

398

11.2.11 Radiobuttons zur Auswahl, Widget-Variablen

400

11.2.12 Radiobuttons zur Auswahl und Ausführung

402

11.2.13 Checkbuttons zur mehrfachen Auswahl

403

11.2.14 Schieberegler, Scale

406

11.2.15 Mausereignisse

408

11.2.16 Tastaturereignisse

411

11.3 Geometrische Anordnung von Widgets

413

11.3.1 Frame-Widget, Methode »pack()«

414

11.3.2 Ein einfacher Taschenrechner

416

11.3.3 Methode »grid()«

420

11.3.4 Methode »place()«, absolute Koordinaten

422

11.3.5 Methode »place()«, relative Koordinaten

424

11.3.6 Absolute Veränderung von Koordinaten

426

11.3.7 Relative Veränderung von Koordinaten

427

11.4 Menüs, Messageboxen und Dialogfelder

431

11.4.1 Menüleisten

432

11.4.2 Kontextmenüs

437

11.4.3 Messageboxen

439

11.4.4 Eigene Dialogfelder

444

11.4.5 Ausführung verhindern

446

11.5 Spiel, GUI-Version

447

12 Unterschiede in Python 2

453

12.1 Neue und geänderte Eigenschaften

453

12.1.1 Auffällige Änderungen

453

12.1.2 Weitere Änderungen

454

12.2 Konvertierung von Python 2 zu Python 3

455

13 Raspberry Pi

457

13.1 Einzelteile und Installation

457

13.1.1 Einzelteile

457

13.1.2 Weitere Bausätze

459

13.1.3 Sicherheit und Schäden

460

13.1.4 Zusammenbau

460

13.1.5 Erster Start

461

13.1.6 Raspberry Desktop

462

13.1.7 Terminal

462

13.2 Elektronische Schaltungen

463

13.2.1 Gleichspannungs-Stromkreis

463

13.2.2 Spannung ist Information

464

13.2.3 Bauelemente und Ausrüstung

465

13.2.4 Widerstände

465

13.2.5 Aufbau des GPIO-Anschlusses

467

13.3 Lüftersteuerung

468

13.3.1 Temperatur ermitteln

468

13.3.2 Leuchtdioden

469

13.3.3 Leuchtdiode ansteuern

470

13.3.4 Leuchtdiode blinken lassen

471

13.3.5 Mehrere Leuchtdioden

471

13.3.6 Lüfter ansteuern

472

13.3.7 Temperaturabhängige Lüftersteuerung

474

13.3.8 Temperatur in Datenbank speichern

475

13.4 Roboter AlphaBot2-Pi

477

13.4.1 Demo-Programme

477

13.4.2 SSH-Verbindung zur Befehlseingabe

478

13.4.3 SSH-Server auf Raspberry Pi

478

13.4.4 PuTTY als SSH-Client

479

13.4.5 Montage des Roboters

481

13.4.6 Erstes Programm

482

13.4.7 Alle Richtungen

484

13.4.8 Dateien übertragen mit PSCP

485

13.4.9 Steuerung per Tastatur

486

13.4.10 Umfahren von Hindernissen

488

Anhang

491

A.1 Erstellen von EXE-Dateien

491

A.2 Installation von XAMPP

492

A.3 UNIX-Befehle

494

A.4 Lösungen

497