Quelltext der Seite Tutorial:Programmieren mit Python/Variablen und Ausdrücke

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== Variablen ==
Eine [[Variable (Informatik)|Variable]] ist ein Bezeichner, der eine [[Referenz]], also einen Verweis auf eine Stelle im Objektspeicher von [[Python (Programmiersprache)|Python]] enthält. Im Objektspeicher sind [[Objekt (Informatik)|Objekt]]e wie die Zahl 42, der Text “Hallo Welt” oder eine Liste mit den Elementen 1, 2 und 3 abgelegt.

=== Definition und Zuweisung ===
Anders als in [[Scratch]] oder vielen anderen Programmiersprachen müssen Variablen in Python vor der Verwendung nicht definiert werden. Man weist ihnen einfach einen Wert zu, etwa:
 <syntaxhighlight lang="python">nettobetrag = 16.80</syntaxhighlight>
und kann den Wert dieser Variablen anschließend für weitere Berechnungen verwenden:
 <syntaxhighlight lang="python">bruttobetrag = nettobetrag * 1.19</syntaxhighlight>
Die Syntax ist hier: ''Bezeichner'' {{Python|=}} ''Ausdruck'', wobei der ''Bezeichner'' mit einem Buchstaben beginnen muss (bei Variablen üblicherweise ein Kleinbuchstabe) und hinter dem Gleichheitszeichen jeder beliebige [[Ausdruck]] stehen darf, der ein Ergebnis zurückliefert. Beispiele:

* {{Python|adresse {{=}} 'Musterstr. 1, 12345 Musterstadt'}}
* {{Python|hoechstpunktzahl {{=}} 42}}
* {{Python|c {{=}} math.sqrt(a**2 + b**2)}}
* {{Python|name {{=}} input('Bitte gib deinen Vornamen an')}}

Der Bezeichner sollte dabei möglichst aussagekräftig gewählt werden. Generische Variablenbezeichner wie {{Python|x}} oder {{Python|variable}} sollten möglichst vermieden werden.

Dass Variablen vor der Verwendung nicht definiert werden müssen, birgt das Risiko von [[Laufzeitfehler]]n, wenn man sich vertippt. Betrachten wir die folgenden Codebeispiele:
<syntaxhighlight lang="python">
groesse = int(input('Bitte geben Sie Ihre Größe in cm ein! '))
groesse = groesse / 100
print('Sie sind ' + str(groesse) + ' m groß.')</syntaxhighlight>
und
<syntaxhighlight lang="python">groesse = int(input('Bitte geben Sie Ihre Größe in cm ein! '))
greosse = groesse / 100
print('Sie sind ' + str(groesse) + ' m groß.')</syntaxhighlight>
Wird das erste Programm gestartet, so erhalten wir die folgende Ausgabe im Konsolenfenster:
 <pre>Bitte geben Sie Ihre Größe in cm ein! 203
 Sie sind 2.03 m groß.</pre>
Zur Erklärung: Das Programm pausiert nach der ersten Ausgabe (“Bitte geben Sie Ihre Größe in cm ein!”) und wartet, bis wir eine Eingabe in die Konsole eingeben und mit der Eingabetaste bestätigen. In diesem Fall haben wir die Zahl 203 eingegeben.

Wird das zweite Programm ausgeführt, erzeugt es die folgende Ausgabe in der Konsolenfenster (auch hier geben wir wieder 203 ein):
 <pre>Bitte geben Sie Ihre Größe in cm ein! 203
 Sie sind 203 m groß.</pre>
Was ist passiert? Das zweite Programm enthält in Zeile 2 einen Tippfehler: Statt {{Python|groesse}} steht dort {{Python|greosse}}. Der Python-Interpreter legt darum eine neue Variable namens {{Python|greosse}} an und speichert darin den Wert {{Python|2.03}}. Der Wert von {{Python|groesse}} bleibt unverändert.

== Datentypen ==
Nicht mit allen Arten von Daten lassen sich die gleichen Operationen durchführen. Betrachten wir als Beispiel den Operator {{Python|*}}:
<syntaxhighlight lang="pycon">>>> 6 * 7
42
>>> 4 * 3.141592653587
12.566370614348
>>> 'kartoffel' * 'salat'
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell>", line 1, in <module>
TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'str'
>>> 2 * 'moin '
'moin moin '
>>> 2.5 * 'moin'
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell>", line 1, in <module>
TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'float'
>>> 4 * [1,2,3]
[1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3]</syntaxhighlight>
Mit dem {{Python|*}}-Operator können Zahlen multipliziert und Zeichenketten vervielfältigt werden. Hier gibt es Unterschiede bezüglich der Datentypen der ''Operanden'' (d. h. der Werte bzw. Ausdrücke, die links und rechts des Operators stehen).

Die wichtigsten elementaren [[Datentyp]]en in Python sind:

{{:Python (Programmiersprache)/Datentypen}}

Mit der eingebauten [[Unterprogramm#Funktion|Funktion]] {{Python|type}} kann in Python der Datentyp eines Objekts abgefragt werden, z. B.:
<syntaxhighlight lang="pycon">
>>> groesse = 203
>>> type(groesse)
<class 'int'>
>>> name = 'Max Mustermann'
>>> type(name)
<class 'str'>
</syntaxhighlight>
== Konvertierung von Datentypen ===
Mit den Funktionen {{Python|int}}, {{Python|float}}, {{Python|str}} und {{Python|bool}} können Objekte in andere Datentypen umgewandelt ("konvertiert") werden. Das wird als [[Type Casting]] bezeichnet (auf deutsch "Datentypumwandlung" oder kurz "Konvertierung"). Dabei können Daten verloren gehen, und es sind nicht alle Konvertierungen möglich. Zum Beispiel gehen bei der Konvertierung {{Python|int(25.95)}} zwangsläufig die Nachkommastellen verloren, das Ergebnis ist die Ganzzahl {{Python|25}}.<ref>Bei der Umwandlung von Dezimalzahlen mit Nachkommastellen in Ganzzahlen mit der Funktion {{Python|int}} wird in Python zur Null hin gerundet (bei positiven Zahlen wird also abgerundet, bei negativen aufgerundet).</ref>

Die folgende Tabelle zeigt anhand von Beispielen, welche Konvertierungen zwischen den vier elementaren Datentypen möglich sind und welche Ergebnisse wir erhalten:
{| class="wikitable"
!Argumentwert
!{{Python|int(x)}}
!{{Python|float(x)}}
!{{Python|str(x)}}
!{{Python|bool(x)}}
|-
|{{Python|x {{=}} 2}}
|{{Python|2}}
|{{Python|2.0}}
|{{Python|'2'}}
|{{Python|True}}
|-
|{{Python|x {{=}} 2.7818}}
|{{Python|2}}
|{{Python|2.7818}}
|{{Python|'2.7818'}}
|{{Python|True}}
|-
|{{Python|x {{=}} 'zwei'}}
|Fehler
|Fehler
|{{Python|'zwei'}}
|{{Python|True}}
|-
|{{Python|x {{=}} True}}
|{{Python|1}}
|{{Python|1.0}}
|{{Python|'True'}}
|{{Python|True}}
|}
{{Hinweis|Die Konvertierung von Zahlen oder Strings in Wahrheitswerte mit {{Python|bool}} ergibt immer {{Python|True}}, außer für die Werte {{Python|0}}, {{Python|0.0}} und den leeren String {{Python|''}}.}}

== Operatoren ==

=== Mathematische Operatoren ===
Mathematische Operatoren werden für Berechnungen mit numerischen Werten (Datentypen {{Python|int}} und {{Python|float}}) verwendet. Die Operanden (hier {{Python|x}} und {{Python|y}} genannt) sind numerische Werte oder Ausdrücke, die numerische Werte ergeben. Die Berechnungsergebnisse sind ebenfalls numerische Werte.
{| class="wikitable"
!Operator
!Bezeichnung
!Beschreibung
!in Scratch
|-
|{{Python|x + y}}
|Addition
|
| <sb>()+()</sb>
|-
|{{Python|x - y}}
|Subtraktion
|
| <sb>()-()</sb>
|-
|{{Python|x * y}}
|Multiplikation
|
| <sb>()*()</sb>
|-
|{{Python|x / y}}
|Division
|Liefert immer einen Wert vom Datentyp {{Python|float}} als Ergebnis zurück, auch wenn das Ergebnis ganzzahlig ist.
Beispiel: {{Python|4 / 2}} → {{Python|2.0}}
| <sb>()/()</sb>
|-
|{{Python|x // y}}
|Ganzzahlige Division
|Liefert immer einen Wert vom Datentyp {{Python|int}} zurück, ggf. wird das Ergebnis also konvertiert.
Beispiel: {{Python|x // y}} ergibt dasselbe wie {{Python|int(x / y)}}
| <sb>[abrunden v] von (()/())</sb>
|-
|{{Python|x % y}}
|Modulo
|Berechnet den Rest, der bei der ganzzahligen Division von x durch y übrigbleibt.
Beispiel: {{Python|10 % 3}} → {{Python|1}}
| <sb>() mod ()</sb>
|-
|{{Python|x ** y}}
|Potenz
|Berechnet <math>x^y</math> (<q>x hoch y</q>), also die y-fache Multiplikation von x.
|siehe unten<ref>Es gibt für die Potenz mit beliebiger Basis keinen Block in Scratch, aber mit Hilfe der Exponentialfunktion und des natürlichen Logarithmus lässt sich die Potenz folgendermaßen umformen: <math>x^y=\mathrm{e}^{y \cdot\ln(x)}</math> und in Scratch umsetzen: 
 <sb>[e^ v] von ((y) * ([ln v] von (x))</sb></ref>
|}

=== Vergleichsoperatoren ===
Mit Vergleichsoperatoren können zwei Werte oder die Ergebnisse zweier Ausdrücke verglichen werden. Das Ergebnis ist ein Wahrheitswert {{Python|True}} oder {{Python|False}} (Ausdrücke mit einem Vergleichsoperatoren sind also ''logische Ausdrücke'').

Die Operanden können dabei verschiedene Datentypen haben, so lassen sich numerische Werte, Zeichenketten und auch andere Objekte miteinander vergleichen. In den folgenden Beispielen stehen {{Python|x}} und {{Python|y}} also für Werte beliebiger Datentypen (z. B. {{Python|int}}, {{Python|float}} oder {{Python|str}}).
{| class="wikitable"
!Operator
!Bezeichnung
!Hinweis
!in Scratch
|-
|{{Python|x {{=}}{{=}} y}}
|Gleichheit
|Achtung: In Python wird ein doppeltes Gleichheitszeichen zur Überprüfung der Gleichheit verwendet. Ein einfaches Gleichheitszeichen beschreibt dagegen eine Variablenzuweisung!
| <sb>() = ()</sb>
|-
|{{Python|x !{{=}} y}}
|Ungleichheit
|
|<sb>nicht <()=()></sb>
|-
|{{Python|x < y}}
|Echt kleiner
|
|<sb><()<()></sb>
|-
|{{Python|x <{{=}} y}}
|Kleiner oder gleich
|
|<sb>nicht <()>()></sb>
|-
|{{Python|x > y}}
|Echt größer
|
|<sb>()>()</sb>
|-
|{{Python|x >{{=}} y}}
|Größer oder gleich
|
|<sb>nicht <()<()></sb>
|}

=== Logische Operatoren ===
Logische Operatoren werden für Berechnungen mit Wahrheitswerten (Datentyp {{Python|bool}}) verwendet, z. B. um mehrere Wahrheitswerte oder logische Ausdrücke zu verknüpfen. Das Berechnungsergebnis ist ebenfalls ein Wahrheitswert. In den folgenden Beispielen stehen {{Python|a}} und {{Python|b}} jeweils für Wahrheitswerte oder logische Ausdrücke.
{| class="wikitable"
!Operator
!Beschreibung
!in Scratch
|-
|{{Python|not a}}
|Logisches NICHT (<q>Negation</q>): {{Python|not a}} ist genau dann {{Python|True}}, wenn {{Python|a}} zu {{Python|False}} ausgewertet wird.
|<sb>nicht <></sb>
|-
|{{Python|a and b}}
|Logisches UND: {{Python|a and b}} ist genau dann {{Python|True}}, wenn sowohl {{Python|a}} als auch {{Python|b}} zu {{Python|True}} ausgewertet werden.
|<sb><> und <></sb>
|-
|{{Python|a or b}}
|Logisches ODER: {{Python|a and b}} ist genau dann {{Python|True}}, wenn {{Python|a}}, {{Python|b}} oder beide zu {{Python|True}} ausgewertet werden.
|<sb><> oder <></sb>
|}
==== Exkurs: Fortgeschrittenere Verwendung von logischen Operatoren ====

Die Verwendung der logischen Operatoren ist in Python nicht auf Wahrheitswerte als Operanden beschränkt. {{Python|4 or 5}} ist in Python ebenfalls ein zulässiger Ausdruck. Streng genommen arbeiten die Operatoren {{Python|and}} und {{Python|or}} anders als oben beschrieben. Die Python-Dokumentation definiert den {{Python|and}}-Operator folgendermaßen:
<blockquote cite="Python-Dokumentation">if ''x'' is false, then ''x'', else ''y''<ref>[https://docs.python.org/3/library/stdtypes.html#boolean-operations-and-or-not Python-Dokumentation {{Flagge|GBFRESBRJPCNKRTR}}]</ref></blockquote>
Die Auswertung von {{Python|a}} and {{Python|b}} ergibt also den Wert von {{Python|a}}, falls dieser Wert als Wahrheitswert interpretiert {{Python|False}} ergeben würde, anderenfalls den Wert von {{Python|b}}.

Als {{Python|False}} werden unter anderem die Zahlen {{Python|0}} und {{Python|0.0}}, sowie der leere String {{Python|''}} interpretiert.

Der Operator {{Python|or}} wird in der Python-Dokumentation definiert durch:
<blockquote cite="Python-Dokumentation">if ''x'' is false, then ''y'', else ''x''<ref>[https://docs.python.org/3/library/stdtypes.html#boolean-operations-and-or-not Python-Dokumentation {{Flagge|GBFRESBRJPCNKRTR}}]</ref></blockquote>
Die Auswertung von {{Python|a}} and {{Python|b}} ergibt also den Wert von {{Python|b}}, falls dieser Wert als Wahrheitswert interpretiert {{Python|False}} ergeben würde, anderenfalls den Wert von {{Python|a}}.

{{Beispiel|1≈Wir fragen einen String ab und möchten diesen, falls er leer ist, in der Ausgabe durch einen Standardwert ersetzen:
<syntaxhighlight lang="python" line>
name = input('Bitte sag mir deinen Namen!')
print('Hallo, ' + (name or 'Anonym'))
</syntaxhighlight>
Dieses Programm begrüßt die Person, die es verwendet, also entweder namentlich, falls sie einen Namen eingibt, oder als "Anonym", falls nichts eingegeben wird.
}}

=== Operatoren für Zeichenketten ===
Die folgenden Operatoren sind zum Arbeiten mit Zeichenketten (Datentyp {{Python|str}}) hilfreich. In der Regel ist der Ergebniswert ebenfalls eine Zeichenkette (Ausnahme: Für den Operator {{Python|in}} ist das Ergebnis ein Wahrheitswert). In den folgenden Beispielen stehen {{Python|s}} und {{Python|t}} jeweils für Zeichenketten und {{Python|n}} für eine ganze Zahl.
{| class="wikitable"
!Operation
!Bedeutung
!in Scratch
|-
|{{Python|s + t}}
|Aneinanderhängen (“Konkatenation”)
Beispiel: {{Python|'Flens' + 'burg'}} → {{Python|'Flensburg'}}
|<sb>verbinde () und ()</sb>
|-
|{{Python|n * s}}
|Vervielfältigung
Beispiel: {{Python|3 * 'Ho'}} → {{Python|'HoHoHo'}}
|
|-
|{{Python|s in t}}
|Ist der Teilstring {{Python|t}} in {{Python|s}} enthalten?
Beispiel: {{Python|'sum' in 'Husum'}} → {{Python|True}}
| <sb>() enthält ()</sb>
|-
|{{Python|s[n]}}
|Zeichen an der Position {{Python|n}} im String {{Python|s}}
Beispiel: {{Python|'Rendsburg'[1]}} → {{Python|'e'}}
Achtung: In Python wird von 0 an gezählt, in Scratch von 1 an!
| <sb>Zeichen () von ()</sb>
|-
|{{Python|len(s)}}
|Länge des Strings {{Python|s}}
Beispiel: {{Python|len('Kiel')}} → {{Python|4}}
| <sb>Länge von ()</sb>
|}

== Fußnoten ==
<references/>
{{DEFAULTSORT:1. Variablen_und_Ausdrücke}}