Python - Peter Büttiker - E-Book

Python E-Book

Peter Büttiker

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Beschreibung

Das Ziel dieses Python-Buches ist, Dir die wichtigsten Grundlagen der Python-Programmiersprache rasch und einfach zu vermitteln, damit Du in kurzer Zeit Deine eigenen kleinen Projektideen umsetzen kannst. Die einzelnen Kapitel in diesem Buch werden bewusst kurzgehalten, um fokussiert und ohne Umschweife auf das entsprechende Thema einzugehen. Dieses Vorgehen soll Dir helfen, den vermittelten Stoff gut zu verinnerlichen, aber auch das Grundkonzept der jeweiligen Kapitel zu verstehen. Das Buch startet mit der Einführung in die Programmiersprache Python, dann weiter mit dem Thema Variablen bis hin zur objektorientierten Programmierung und allen anderen essenziellen Themen zur Programmiersprache Python. Somit wirst Du Schritt für Schritt in die Geheimnisse von Python eingeführt.

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Seitenzahl: 140

Veröffentlichungsjahr: 2025

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Peter Büttiker

Python

Bibliografische Informationen der Deutschen Nationalbibliothek:

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar.

Texte: © Copyright by Peter Büttiker

Umschlaggestaltung: © Copyright by Peter Büttiker

Verlag:

Peter Büttiker

Baumgartenstrasse 6

4900 Langenthal / Schweiz

[email protected]

1. Auflage 2025

Herstellung:

epubli - ein Service der neopubli GmbH, Köpenicker Straße 154a, 10997 BerlinKontaktadresse nach EU-Produktsicherheitsverordnung:

[email protected]

Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form (Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder einem anderen Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung des Autors reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.

Diese Publikation wurde mit grosser Sorgfalt erstellt und geprüft. Trotzdem können Fehler nicht vollkommen ausgeschlossen werden. Der Autor kann für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen.

Inhalt

1 Einleitung13

1.1 Vorwort13

1.2 Wozu Python lernen?13

1.3 Buchbeschreibung14

2 Einführung17

2.1 Was ist Python?17

2.2 Python installieren (macOS)17

2.3 PyCharm installieren (macOS)20

2.4 Neues Projekt in PyCharm erstellen23

3 Variablen29

3.1 Was sind Variablen?29

3.2 Variablen und was man beachten muss!29

4 Kommentare33

5 Datentypen37

5.1 Welche Datentypen gibt es?37

5.2 Integer37

5.3 Float38

5.4 String38

5.5 Boolean39

5.6 type()-Funktion40

5.7 print()-Funktion40

5.8 f-String42

6 Datenstrukturen45

6.1 Was sind Datenstrukturen?45

6.2 Listen45

6.3 Sets52

6.4 Tupel57

6.5 Dictionary58

7 Operatoren65

7.1 Was sind Operatoren?65

7.2 Die vier Grundrechenarten65

7.3 Vergleichsoperatoren69

7.4 Logische Operatoren74

7.5 Modulo-Operator76

7.6 Potenzieren78

8 Funktionen81

8.1 Was ist eine Funktion?81

8.2 Aufbau einer Funktion81

8.3 Funktion ohne Parameter82

8.4 Funktion mit Parameter84

8.5 Funktion mit Rückgabewert85

8.6 Funktion mit Standardwert87

8.7 Funktion mit unbekannter Anzahl Parameter88

9 Benutzereingaben91

9.1 input()-Funktion91

10 Kontrollstrukturen95

10.1 Was sind Kontrollstrukturen?95

10.2 if-Anweisung96

10.3 if-else-Anweisung97

10.4 if-elif-else-Anweisung99

10.5 for-Schleife101

10.6 while-Schleife103

11 Objektorientierte Programmierung (OOP)107

11.1 Was ist objektorientierte Programmierung?107

11.2 Begriffserklärung ‘class’ & Co.107

11.3 Allgemeiner Aufbau einer Klasse109

11.4 Erstellung einer Klasse109

11.5 Erstellung einer Instanz110

11.6 Vererbung112

11.7 Klassen- und Instanzvariablen116

11.8 Klassenvariablen117

11.9 Instanzvariable117

11.10 Beispiel Klassen- und Instanzvariable117

12 Fehler und Ausnahmen123

12.1 Umgang mit Fehlern in Python123

12.2 ‘try-except’ Block126

12.3 ‘try-except-else’ Block128

12.4 «try-except-finally»-Block131

12.5 Eigene Ausnahmen definieren132

13 GUI mit Tkinter137

13.1 Einführung137

13.2 Was bedeutet GUI?138

13.3 Tkinter – GUI-Toolkit für Python138

13.4 Fenster in Tkinter erstellen139

13.5 Abmessungen (Dimension)140

13.6 Farben (Colors)147

13.7 Schriften (Fonts)152

13.7.1 Font-Objekt152

13.7.2 Anzeigen aller ‘font-families’154

13.7.3 Tupel verwenden (Fonts)156

13.8 Anker (Anchors)158

13.9 Relief Styles160

13.10 Bitmaps162

13.11 Cursors164

13.12 Geometry Management167

13.12.1 pack()-Methode168

13.12.2 grid()-Methode172

13.12.3 place()-Methode178

13.12.4 geometry()-Methode184

13.13 Inbuilt-Variablen-Klassen187

13.13.1 Variablen-Klassen187

13.13.2 StringVar()187

13.13.3 IntVar()190

13.13.4 DoubleVar()193

13.13.5 BooleanVar()196

13.14 Button-Widgets199

13.14.1 Button200

13.14.2 Checkbutton208

13.14.3 Radiobutton211

13.14.4 OptionMenu214

13.15 Input-Widgets217

13.15.1 Entry-Widget218

13.15.2 Scrollbar-Widget221

13.15.3 Spinbox-Widget224

13.15.4 Scale-Widget227

13.15.5 Text-Widget230

13.15.6 Combobox-Widget232

13.16 Display-Widgets235

13.16.1 Label-Widget236

13.16.2 Message-Widget239

13.16.3 MessageBox-Widget241

13.17 Container-Widgets254

13.17.1 Frame-Widget255

13.17.2 LabelFrame-Widget261

13.17.3 Notebook-Widget (Tabs)263

13.17.4 PanedWindow-Widget266

13.18 Listbox-Widget269

13.19 Menu-Widget273

Über den Autor279

1 Einleitung

1.1 Vorwort

Als Erstes möchte ich mich herzlich bei Euch, liebe Leser:innen, bedanken, dass ihr Euch für mein Buch entschieden habt.

In einer Welt, die sich vor allem in der Entwicklung von Software ständig verändert und weiterentwickelt, ist das Wissen und Verständnis dieser Materie essenzieller denn je geworden. Mit diesem Buch möchte ich den Einstieg in die Python-Programmierung so einfach und verständlich wie möglich vermitteln, damit die Leser:innen dieses Buches möglichst rasch selbständig eigene kleine Projekte umsetzen können.

Als letzter wichtiger Punkt sei erwähnt, dass man auf der Stellensuche in der IT-Branche sehr gute Aussichten auf eine Anstellung hat, wenn man über Python-Programmierkenntnisse verfügt.

Ich wünsche Euch viel Spass beim Lesen und Happy Coding!

1.2 Wozu Python lernen?

Da Python eine einfache und flexible Programmiersprache ist, erleichtert sie den Einstieg für Programmieranfänger:innen in die Welt der Programmierung enorm. Aber auch für fortgeschrittene Programmierer:innen bzw. Programmierexperten:innen bietet sie vielfältige Anwendungsbereiche.

Nicht ohne Grund gehört Python zu den beliebtesten Programmiersprachen. Sie zeichnet sich durch ihre sinnvolle und einfache Strukturierung sowie eine gute Lesbarkeit des Codes aus. Python verzichtet beispielsweise auf Klammern oder Semikolons, die den Code unnötig verkomplizieren und häufig zu Fehlern führen können.

Da Python sehr vielfältig eingesetzt werden kann, wird sie in vielen grossen und namhaften Unternehmen wie z. B. Google, Netflix, Amazon, Spotify etc. verwendet. Aber auch in der Forschung und Wissenschaft wird Python für anspruchsvolle Aufgaben wie z. B. komplexe Berechnungen, Datenanalysen und vieles mehr eingesetzt. Auch die amerikanische Weltraumbehörde NASA setzt Python für ihre Berechnungen ein. Des Weiteren wird Python auch im Gebiet der KI (künstliche Intelligenz) eingesetzt.

1.3 Buchbeschreibung

Das Ziel dieses Python-Buches ist, Dir die wichtigsten Grundlagen der Python-Programmiersprache rasch und einfach zu vermitteln, damit Du in kurzer Zeit Deine eigenen kleinen Projektideen umsetzen kannst.

Ich verwende in diesem Buch das kostenlose Python-Entwicklertool «PyCharm Community Edition» aus dem Hause JetBrains (www.jetbrains.com). Natürlich kannst Du auch ein anderes Entwicklungstool verwenden.

Die einzelnen Kapitel in diesem Buch werden bewusst kurzgehalten, um fokussiert und ohne Umschweife auf das entsprechende Thema einzugehen. Dieses Vorgehen soll helfen, den vermittelten Stoff gut zu verinnerlichen, aber auch das Grundkonzept der jeweiligen Kapitel zu verstehen.

Das Buch startet mit der Einführung in die Programmiersprache Python, dann weiter mit dem Thema Variablen bis hin zur objektorientierten Programmierung und allen anderen essenziellen Themen zur Programmiersprache Python. Somit wirst Du Schritt für Schritt in die Geheimnisse von Python eingeführt.

Folgende Themen werden behandelt:

Einführung in Python

Variablen

Kommentare

Datentypen

Datenstrukturen

Operatoren

Funktionen

Benutzereingaben über die Konsole

Kontrollstrukturen

Objektorientierte Programmierung (OOP)

Fehler und Ausnahmen

GUI (Graphical User Interface) mit Tkinter

2 Einführung

2.1 Was ist Python?

Die Programmiersprache Python wurde Anfang der 1990er vom niederländischen Programmierer Guido van Rossum entwickelt. Obwohl das Python-Logo zwei Schlangen zeigt, wurde der Name von der britischen Comedy-Gruppe ‘Monty Python Flying Circus’ abgeleitet, da Guido van Rossum ein begeisterter Fan derselben war.

Python ist plattformunabhängig und läuft auf verschiedenen Betriebssystemen wie z. B. macOS, Windows oder Linux.

Im Weiteren kann Python für vielfältige Aufgaben eingesetzt werden, wie z. B. für Datenanalysen, komplexe Berechnungen, Webentwicklung, Spieleentwicklung und vieles mehr.

Auch benötigt Python weniger Codezeilen als vergleichbare andere Programmiersprachen.

Namhafte Firmen wie z. B. Netflix, Spotify, Google, YouTube und andere mehr setzen Python für ihre App-Entwicklung ein.

2.2 Python installieren (macOS)

Als Erstes prüfen wir, ob Python bereits installiert ist bzw. welche Version installiert ist. Dazu öffnen wir das Terminal im Mac und geben den Befehl «python3 - -version» (Abbildung 1 – Punkt 1) ein und betätigen danach die ENTER-Taste.

Falls bereits eine Version von Python installiert sein sollte, dann erscheint die Ausgabe «Python 3.13.1» (Abbildung 1 – Punkt 2) im Terminalfenster. Je nachdem, wann man Python installiert hat, kann die Versionsnummer abweichen.

Abbildung 1

Sollte jedoch Python noch nicht installiert sein, so muss man Python nachinstallieren.

Dazu rufen wir die offizielle Website von Python unter https://www.python.org auf. Dort finden wir unter dem Menü «Downloads» die aktuelle Version von Python zum Herunterladen (Abbildung 2). Nun klicken wir den Button für den Download an und Python wird sogleich heruntergeladen.

Abbildung 2

Nachdem Python heruntergeladen worden ist, können wir nun Python auf unseren Rechner installieren. Die heruntergeladene Python-Datei kann jetzt geöffnet bzw. installiert werden (Abbildung 3).

Abbildung 3

Nun startet das Installationsprogramm von Python. Jetzt muss man nur noch den Anweisungen des Installationsprogrammes (Abbildung 4) folgen. Nach Abschluss der Installation mittels des Terminals überprüfen, ob Python mit der entsprechenden Versionsnummer installiert worden ist. Somit wäre dann Python fertig installiert.

Abbildung 4

2.3 PyCharm installieren (macOS)

In diesem Buch wird die IDE (Integrated Development Environment) bzw. Entwicklungsumgebung namens PyCharm aus dem Hause JetBrains verwendet. Diese Software kann unter dem Link https://www.jetbrains.com heruntergeladen werden. Natürlich kann man auch jede andere Python-IDE benutzen.

Nachdem wir die Website von JetBrains geöffnet haben, sehen wir im oberen Teil der Website diverse Menüs in der Navigationsleiste. Wir klicken das Menü ‘Developer Tools’ an und es öffnet sich ein Popup-Fenster (Abbildung 5), das uns alle verfügbaren IDE von JetBrains auflistet. Dort befindet sich unter anderem auch die Entwicklungsumgebung PyCharm. Wir klicken nun dort PyCharm bzw. dessen Link an und dann erscheint die Download-Seite von PyCharm.

Abbildung 5

Um auf die Download-Seite von PyCharm zu gelangen, müssen wir jetzt wiederum auf den Download-Button (Abbildung 6) klicken und es öffnet sich ein anderes Fenster, wo wir dann zwei Versionen von PyCharm sehen werden.

Abbildung 6

In diesem Fenster sehen wir zwei Versionen von PyCharm. Die erste Version ist die kostenpflichtige ‘PyCharm Professional’. Diese Version ist für das Erlernen von Python nicht notwendig und kann somit ausser Acht gelassen werden.

Unterhalb der kostenpflichtigen PyCharm-Version sehen wir die zweite Version von PyCharm namens «PyCharm Community Edition» (Abbildung 7). Diese Version ist kostenlos und genügt vollends, um die Grundlagen von Python zu erlernen. Diese Version laden wir runter und installieren diese auf dem Rechner.

Abbildung 7

2.4 Neues Projekt in PyCharm erstellen

Sobald man PyCharm aufgestartet hat, erscheint ein Willkommen-Fenster (Abbildung 8). Dort hat man die Möglichkeit, ein neues Projekt zu erstellen. Im oberen Teil des Willkommen-Fensters befindet sich ein Button «New Project». Klickt man diesen an, wird man zum nächsten Fenster geleitet.

Abbildung 8

Dort befindet sich das Eingabefeld «Location». Beim Eingabefeld «Location» wird der Speicherort (Python_Projekte) sowie der Projektname (MyProject) definiert (Abbildung 9). Nachdem man diese Eingaben getätigt hat, kann man den Button «Create» anklicken und PyCharm erstellt nun das neue Projekt.

Abbildung 9

Jetzt erscheint das neu erstellte Projekt und wir sehen das noch leere Projektfenster (Abbildung 10). Der nächste Schritt ist nun, eine Python-Datei zu erstellen.

Abbildung 10

Um eine neue Python-Datei zu erstellen, muss man auf dem Projektordner «MyProject» einen Rechtsklick machen. Dann erscheint ein Kontextmenü (Abbildung 10).

Dort klickt man das Menü «New» an und anschliessend die Auswahl «Python File». Danach öffnet sich ein neues Fenster, wo wir die neue Datei entsprechend benennen können.

Abbildung 11

In diesem Fenster kann man dann den Namen, für die neu zu erstellende Python-Datei (test_1) vergeben (Abbildung 12).

Abbildung 12

Jetzt haben wir die neue Python-Datei erstellt und sie erscheint im Projektfenster. Dort wird dann der Python-Code erfasst (Abbildung 13).

Abbildung 13

Selbstverständlich kann man auch eine andere Python-Entwicklungsumgebung verwenden, um die Beispiele in diesem Buch nachzubauen bzw. auszuprobieren.

3 Variablen

3.1 Was sind Variablen?

Wie jede andere Programmiersprache hat auch Python Variablen. Ohne Variablen läuft nichts in einer Programmiersprache. Stellen wir uns mal vor, dass wir zwei Zahlen addieren wollen und nach der Berechnung soll das entsprechende Resultat ausgegeben werden. Um diese Addition durchführen zu können, brauchen wir 3 Variablen. Je eine Variable mit den zu addierenden Zahlen und eine Variable für die Ausgabe des Resultates. Hätten wir keine Variablen, könnten wir diese Aufgabe gar nicht durchführen. Man kann sich eine Variable als eine Art Behälter vorstellen, in welcher man einen bestimmten Wert abspeichern und diesen wieder abrufen oder ändern kann. Diese Variablen sind so lange gültig bzw. beinhalten einen Wert, bis das Programm beendet ist. Danach gehen die Werte der Variablen verloren. Für die dauerhafte Speicherung von Daten müssen diese z. B. in einer Datenbank abgespeichert werden.

3.2 Variablen und was man beachten muss!

In der Informatik wird das Gleichheitszeichen () als Zuweisungsoperator bezeichnet, da dieser der Variable einen Wert zuweist (Abbildung 14).

Abbildung 14

Eine weitere Besonderheit in Python ist, dass man Variablen ohne einen bestimmten Datentyp erstellen kann und bei einer neuen Zuweisung diesen ändern kann.

In Python werden im Gegensatz zu anderen Programmiersprachen die Datentypen nicht explizit angegeben, d. h., wenn man z. B. eine Variable mit einem Wert vom Datentyp String erstellt hat, kann diese gleiche Variable ohne Vorwarnung in einen anderen Datentyp umgewandelt bzw. überschrieben werden (Abbildung 15).

Abbildung 15

Obwohl Python eine sehr flexible Programmiersprache ist, muss man bei der Vergabe der Variablennamen einige Regeln beachten, ansonsten führt dies zu entsprechenden Fehlermeldungen und man kann infolgedessen nicht mit diesen Variablen arbeiten.

Regeln für Variablennamen:

Im Weiteren muss auch die Gross- und Kleinschreibung bei Variablennamen berücksichtigt werden, d. h., der gleiche Variablenname wird unterschiedlich geschrieben und ist somit jedes Mal eine eigenständige Variable und wird somit nicht überschrieben (Abbildung 16).

Abbildung 16

4 Kommentare

Kommentare sind ein sehr nützliches Mittel in der Programmierung und sollten auf jeden Fall genutzt werden.

Nehmen wir z. B. ein Software-Projekt, an dem mehrere Entwickler: innen arbeiten und es mit der Zeit immer grösser und komplexer wird. Irgendwann kommt der Moment, wo alles unübersichtlich wird, und vor allem, wenn neue Entwickler:innen sich in den vorhandenen Code einlesen müssen, dann kann dies sehr mühsam und zeitaufwändig werden, bis diese verstehen, was dieser Code eigentlich macht.

Jetzt kommen die Kommentare ins Spiel. Ein gut dokumentierter Code hilft dem Entwickler, sich rasch in den Code einzulesen und diesen auch zu verstehen. Dies ist auch sehr nützlich, wenn man ein Software-Projekt ganz allein programmiert, da man nach einem halben Jahr oder später nicht mehr genau weiss, was dieser Code zu bedeuten hat. Der Kommentar ist eine sehr hilfreiche Gedächtnisstütze und erspart einen unnötigen Zeitverlust mit dem Herausfinden, was der Code nun macht.

Kommentare können allgemein den Code besser lesbar machen und sollten von Anfang an mit in die Programmierung einbezogen werden.

Sollte mal ein Code oder ein Programmteil nicht richtig funktionieren, hat man die Möglichkeit, den entsprechenden Codeabschnitt oder Teile davon auszukommentieren. Somit ist dieser auskommentierte Code nicht mehr aktiv und man kann dann Schritt für Schritt prüfen, wo z. B. ein Fehler im Code ist, um danach, sobald man den oder die Fehler behoben hat, den Kommentar wieder zu entfernen.

Mit dem Doppelkreuz (#) wird ein einzeiliger Kommentar eingeleitet.

In Abbildung 17 sehen wir ein Beispiel eines einzeiligen Kommentars.

Abbildung 17

Abbildung 18 zeigt ein Beispiel, wo der Kommentar direkt hinter der Code-Anweisung steht.

Abbildung 18

In Abbildung 19 wird der Code auskommentiert.

Abbildung 19

Es gibt Situationen, in denen man einen längeren Kommentar bzw. eine Dokumentation zu einem Code schreiben möchte. Um nicht jedes Mal ein Doppelkreuz (#) vor jeder neuen Kommentarzeile schreiben zu müssen, bietet Python die Möglichkeit, einen längeren Kommentar zwischen drei Anführungszeichen “ “ “ am Anfang und am Ende des Kommentars oder Codeabschnittes zu setzen.

In Abbildung 20 sehen wir einen Kommentar, der sich über mehrere Zeilen erstreckt.

Abbildung 20

5 Datentypen

5.1 Welche Datentypen gibt es?

Python verfügt über unterschiedliche Datentypen, mit welchen man mit unterschiedlichen Arten von Daten arbeiten bzw. abspeichern kann.

Die folgenden Datentypen wollen wir uns nun anschauen:

Integer

Float

String

Boolean

5.2 Integer

Integer sind sogenannte Ganzzahlen, d. h., sie haben keine Nachkommastellen. Integer können sowohl positive als auch negative Zahlen darstellen (Abbildung 21).

Abbildung 21

5.3 Float

Float ist eine Fliesskommazahl, d. h., sie kann mittels eines Dezimalpunkts Vorkomma- bzw. Nachkommastellen haben. Ebenfalls kann sie negative und positive Zahlenwerte darstellen (Abbildung 22).

Wichtig zu beachten ist, dass man in der Programmierung die Nachkommastellen immer mittels eines Punkts und nicht mit einem Komma trennt. Falls man doch ein Komma setzt, wird es entweder eine Fehlermeldung bzw. Warnung seitens des Compilers geben oder die Berechnung wird dennoch ausgeführt und es erscheint dann irgendein eigentümliches Resultat.

Abbildung 22

5.4 String