Tutorial:Programmieren mit Python/Variablen und Ausdrücke

Variablen

Eine Variable ein Bezeichner, der eine Referenz, also einen Verweis auf eine Stelle im Objektspeicher von Python enthält. Im Objektspeicher sind Objekte 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:

nettobetrag = 16.80

und kann den Wert dieser Variablen anschließend für weitere Berechnungen verwenden:

bruttobetrag = nettobetrag * 1.19

Die Syntax ist hier: Bezeichner = 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:

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

Der Bezeichner sollte dabei möglichst aussagekräftig gewählt werden. Generische Variablenbezeichner wie "x" oder "variable" sollten möglichst vermieden werden.

Dass Variablen vor der Verwendung nicht definiert werden müssen, birgt das Risiko von Laufzeitfehlern, wenn man sich vertippt. Betrachten wir die folgenden Codebeispiele:

groesse = int(input('Bitte geben Sie Ihre Größe in cm ein! '))
groesse = groesse / 100
print('Sie sind ' + str(groesse) + ' m groß.')

und

groesse = int(input('Bitte geben Sie Ihre Größe in cm ein! '))
greosse = groesse / 100
print('Sie sind ' + str(groesse) + ' m groß.')

Wird das erste Programm gestartet, so erhalten wir die folgende Ausgabe im Konsolenfenster:

Bitte geben Sie Ihre Größe in cm ein! 203
 Sie sind 2.03 m groß.

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):

Bitte geben Sie Ihre Größe in cm ein! 203
 Sie sind 203 m groß.

Was ist passiert? Das zweite Programm enthält in Zeile 2 einen Tippfehler: Statt groesse steht dort greosse. Der Python-Interpreter legt darum eine neue Variable namens greosse an und speichert darin den Wert 2.03. Der Wert von groesse bleibt unverändert.

Datentypen

Nicht mit allen Arten von Daten lassen sich die gleichen Operationen durchführen. Betrachten wir als Beispiel den Operator *:

>>> 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]

Mit dem *-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 Datentypen in Python sind:

Typ	Erklärung	Beispiele
int	für ganze Zahlen (engl. integer numbers)	0, 42, 3190701205
float	für Dezimalzahlen (“Kommazahlen”, engl. floating-point numbers)	0.5, 42.0, 3.141592
str	für beliebige Zeichenketten (engl. strings)	'Hello World', '42', 'https://wiki.kah.gs'
bool	für Wahrheitswerte (engl. boolean)	True, False

Mit der eingebauten Funktion type kann in Python der Datentyp eines Objekts abgefragt werden, z. B.:

>>> groesse = 203
>>> type(groesse)
<class 'int'>
>>> name = 'Max Mustermann'
>>> type(name)
<class 'str'>

Konvertierung von Datentypen

Mit den Funktionen int, float, str und 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 int(25.95) zwangsläufig die Nachkommastellen verloren, das Ergebnis ist die Ganzzahl 25.

Die folgende Tabelle zeigt anhand von Beispielen, welche Konvertierungen zwischen den vier elementaren Datentypen möglich sind und welche Ergebnisse wir erhalten:

Argumentwert	int(x)	float(x)	str(x)	bool(x)
x = 2	2	2.0	'2'	True
x = 2.7818	2	2.7818	'2.7818'	True
x = 'zwei'	Fehler	Fehler	'zwei'	True
x = True	1	1.0	'True'	True

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Hinweis

Die Konvertierung von Zahlen oder Strings in Wahrheitswerte mit bool ergibt immer True, außer für die Werte 0, 0.0 und den leeren String ''.

Operatoren

Mathematische Operatoren

Mathematische Operatoren werden für Berechnungen mit numerischen Werten (Datentypen int und float) verwendet. Die Operanden (hier x und y genannt) sind numerische Werte oder Ausdrücke, die numerische Werte ergeben. Die Berechnungsergebnisse sind ebenfalls numerische Werte.

Operator	Bezeichnung	Beschreibung	in Scratch
x + y	Addition		()+()
x - y	Subtraktion		()-()
x * y	Multiplikation		()*()
x / y	Division	Liefert immer einen Wert vom Datentyp float als Ergebnis zurück, auch wenn das Ergebnis ganzzahlig ist. Beispiel: 4 / 2 → 2.0	()/()
x // y	Ganzzahlige Division	Liefert immer einen Wert vom Datentyp int zurück, ggf. wird das Ergebnis also konvertiert. Beispiel: x // y ergibt dasselbe wie int(x / y)	[abrunden v] von (()/())
x % y	Modulo	Berechnet den Rest, der bei der ganzzahligen Division von x durch y übrigbleibt. Beispiel: 10 % 3 → 1	() mod ()
x ** y	Potenz	Berechnet $x^{y}$ (“x hoch y”), also die y-fache Multiplikation von x.	siehe unten

Vergleichsoperatoren

Mit Vergleichsoperatoren können zwei Werte oder die Ergebnisse zweier Ausdrücke verglichen werden. Das Ergebnis ist ein Wahrheitswert True oder 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 x und y also für Werte beliebiger Datentypen (z. B. int, float oder str).

Operator	Bezeichnung	Hinweis	in Scratch
x == y	Gleichheit	Achtung: In Python wird ein doppeltes Gleichheitszeichen zur Überprüfung der Gleichheit verwendet. Ein einfaches Gleichheitszeichen beschreibt dagegen eine Variablenzuweisung!	() = ()
x != y	Ungleichheit		nicht <()=()>
x < y	Echt kleiner		<()<()>
x <= y	Kleiner oder gleich		nicht <()>()>
x > y	Echt größer		()>()
x >= y	Größer oder gleich		nicht <()<()>

Logische Operatoren

Logische Operatoren werden für Berechnungen mit Wahrheitswerten (Datentyp bool) verwendet, z. B. um mehrere Wahrheitswerte oder logische Ausdrücke zu verknüpfen. Das Berechnungsergebnis ist ebenfalls ein Wahrheitswert. In den folgenden Beispielen stehen a und b jeweils für Wahrheitswerte oder logische Ausdrücke.

Operator	Beschreibung	in Scratch
not a	Logisches NICHT (“Negation”): not a ist genau dann True, wenn a zu False ausgewertet wird.	nicht <>
a and b	Logisches UND: a and b ist genau dann True, wenn sowohl a als auch b zu True ausgewertet werden.	<> und <>
a or b	Logisches ODER: a and b ist genau dann True, wenn a, b oder beide zu True ausgewertet werden.	<> oder <>

 Exkurs: Fortgeschrittenere Verwendung von logischen Operatoren

Die Verwendung der logischen Operatoren ist in Python nicht auf Wahrheitswerte als Operanden beschränkt. 4 or 5 ist in Python ebenfalls ein zulässiger Ausdruck. Streng genommen arbeiten die Operatoren and und or anders als oben beschrieben. Die Python-Dokumentation definiert den and-Operator folgendermaßen:

if x is false, then x, else y

Die Auswertung von a and b ergibt also den Wert von a, falls dieser Wert als Wahrheitswert interpretiert False ergeben würde, anderenfalls den Wert von b.

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

Der Operator or wird in der Python-Dokumentation definiert durch:

if x is false, then y, else x

Die Auswertung von a and b ergibt also den Wert von b, falls dieser Wert als Wahrheitswert interpretiert False ergeben würde, anderenfalls den Wert von a.

Als Beispiel: Wir fragen einen String ab und möchten diesen, falls er leer ist, in der Ausgabe durch einen Standardwert ersetzen:

name = input('Bitte sag mir deinen Namen!')
print('Hallo, ' + (name or 'Anonym'))

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 str) hilfreich. In der Regel ist der Ergebniswert ebenfalls eine Zeichenkette (Ausnahme: Für den Operator in ist das Ergebnis ein Wahrheitswert). In den folgenden Beispielen stehen s und t jeweils für Zeichenketten und n für eine ganze Zahl.

Operation	Bedeutung	in Scratch
s + t	Aneinanderhängen (“Konkatenation”) Beispiel: 'Flens' + 'burg' → 'Flensburg'	verbinde () und ()
n * s	Vervielfältigung Beispiel: 3 * 'Ho' → 'HoHoHo'
s in t	Ist der Teilstring t in s enthalten? Beispiel: 'sum' in 'Husum' → True	() enthält ()
s[n]	Zeichen an der Position n im String s Beispiel: 'Rendsburg'[1] → 'e' Achtung: In Python wird von 0 an gezählt, in Scratch von 1 an!	Zeichen () von ()
len(s)	Länge des Strings s Beispiel: len('Kiel') → 4	Länge von ()