Tutorial:Programmieren mit Python/Klassen und Objekte
Objekte
Den Begriff Objekt haben wir bereits im Kapitel über visuelle Programmierung kennengelernt. Genau wie Scratch ist auch Python eine objektorientierte Sprache. Das heißt, dass jeder Bestandteil der Ausführung eines Python-Programms als ein Objekt behandelt wird, das eine Identität, einen Zustand und ein definiertes Verhalten aufweist.
Objektorientierte Programmierung ermöglicht eine sehr genaue Kontrolle darüber, welche Programmteile welche Funktionen ausführen dürfen. Insbesondere behalten die Objekte selbst die Kontrolle über ihre Daten.
Stellen wir uns eine fiktive Software vor, die ein Bankkonto implementiert. In diesem Fall möchte man aus einer Vielzahl von Gründen Änderungen am Kontostand nicht uneingeschränkt der ganzen Software ermöglichen:
- Es gibt für die meisten Konten ein Abbuchungslimit, das überprüft werden muss.
- Ebenso muss überprüft werden, ob die Abbuchung den Disporahmen ausschöpfen würde.
- Wenn das Konto dadurch ins Minus gerät, müssen Dispozinsen erhoben und das Kundy ggf. benachrichtigt werden.
- Verdächtige Abbuchungen müssen überprüft und ggf. mit dem Kundy besprochen werden.
Durch die objektorientierte Programmierung kann man diese Zugriffsbeschränkungen den Konto-Objekten überlassen. Dadurch wird der ganze Code, der das Verhalten dieses Objekts kontrolliert, an einer Stelle konzentriert und der Zugriff darauf kann den anderen Objekten besser verwehrt werden.
Ähnliches gibt es in der visuellen Programmierung, wo man z.B. die Position eines anderen Objektes zwar abfragen, aber nicht selbsttätig verändern kann. Die einzige Möglichkeit dazu wäre, eine Nachricht an das andere Objekt zu schicken und es zu bitten, seine Position zu verändern.
Dieses Prinzip, Daten und Informationen vor dem Zugriff von außen zu verbergen und nur über definierte Schnittstellen zuzulassen, nennt man Kapselung.
Klassen
Objekte sind in Python immer Instanzen von Klassen.
Die Identität eines Objektes wird definiert über seine(n) Namen. Namen sind in Python Referenzen, die auf Stellen im Objektspeicher verweisen, an denen die Objektdaten liegen. Mit Thonnys Objekt-Inspektor können wir uns zu jedem Objekt Details anzeigen lassen, wie die Abbildung zeigt.
Bei dem betrachteten Objekt handelt es sich um die Zahl 1, auch diese ist in Python (anders als in anderen objektorientierten Sprachen wie Java) ein Objekt mit Attributen und Methoden.
Oben im Objekt-Inspektor steht int @ 0x7fbf10218110, Typ und Speicheradresse des Objekts. Wenn man diese Informationen in einem Python-Programm benötigen sollte, kann man sie mit type(x) und id(x) abfragen.
Gleichheit und Identität
“Das gleiche” ist nicht dasselbe wie “dasselbe”. Zwei Python-Objekte sind gleich, wenn sie den gleichen Wert haben. Die Gleichheit wird mit dem Operator == abgeprüft.
>>> a = 5
>>> b = 5
>>> c = 'hello'
>>> d = 'hello'
>>> e = [1,2,3]
>>> f = [1,2,3]
>>> a == b
True
>>> c == d
True
>>> e == f
True
>>> a == c
False
>>> a == f
False
Zwei Python-Objekte sind identisch, wenn ihre Bezeichner auf dieselbe Speicheradresse verweisen. Atomare Daten wie Zahlen oder Strings, die gleich sind, sind in der Regel auch identisch. Auf zusammengesetzte Datentypen wie Listen trifft dies jedoch nicht zu. Die Identität wird mit dem Operator is abgeprüft.
>>> a = 5
>>> b = 5
>>> c = 'hello'
>>> d = 'hello'
>>> e = [1,2,3]
>>> f = [1,2,3]
>>> a is b
True
>>> c is d
True
>>> e is f
False
>>> a is c
False
>>> a is f
False
Wenn mehrere Objekte identisch sind und man eines davon verändert, verändern sich ebenso alle anderen, da sie alle auf dieselbe Speicherstelle verweisen:
>>> a = [1,2,3]
>>> b = [1,2,3]
>>> c = a
>>> a is b
False
>>> a is c
True
>>> b is c
False
>>> a.append(4)
>>> b
[1, 2, 3]
>>> c
[1, 2, 3, 4]
Mit der copy-Methode können Kopien von Objekten angelegt werden, die zwar gleich, aber nicht identisch sind.
>>> d = a.copy()
>>> a == d
True
>>> a is d
False
