Funktionen sind Unterprogramme, die Programmanweisungen bündeln, damit Programmteile mehrfach verwendet werden können. Auf diese Weise kann ein Programm schneller geschrieben werden und ist auch leichter lesbar. Python bringt, wie Sie der Dokumentation entnehmen können, eine überschaubare Anzahl von grundlegenden Funktionen mit. In diesem Kapitel wird die allgemeine Verwendung der in Python enthaltenen Funktionen vermittelt.
Python wird dynamisch weiterentwickelt: Regelmäßig erscheinen neue Versionen mit neuen Eigenschaften. In diesem Kapitel wird deshalb mit einer Reihe von Tipps auch vermittelt, wie die Dokumentation von Python zu lesen ist. Dies erfolgt auch in Hinblick auf die Möglichkeit, Python umfangreich durch Module zu erweitern. So haben beispielsweise die Funktionen des Moduls Pandas nicht selten dutzende dokumentierte Parameter.
Der wichtigste Tipp zuerst: Benutzen Sie die Dokumentation! Auch wenn Sie eine Funktion kennen: Vergewissern Sie sich regelmäßig, dass Sie noch auf dem neuesten Stand sind. Auf diese Weise erhalten Sie einen vollständigen Überblick über standardmäßig gesetzte und optional verfügbare Parameter. Außerdem erkennen Sie Änderungen in der Programmausführung und vermeiden so unerwartete Fehler.
Achten Sie auf die korrekte Version der Dokumentation.
In Python gibt es zwei Arten von Funktionen: Funktionen und Methoden.
Funktionen können Objekte unabhängig von ihrem Datentyp übergeben werden. Funktionen werden über ihren Funktionsnamen gefolgt von runden Klammern () aufgerufen. Ein Beispiel ist die Funktion print():
var_str = 'ABC'
var_int = 26
var_bool = True
print("Die Variable var_1 hat den Typ", type(var_str))
print("Die Variable var_2 hat den Typ", type(var_int))
print("Die Variable var_3 hat den Typ", type(var_bool))Die Variable var_1 hat den Typ <class 'str'>
Die Variable var_2 hat den Typ <class 'int'>
Die Variable var_3 hat den Typ <class 'bool'>Funktionen müssen immer einen Wert zurückgeben. Wenn Funktionen keinen Wert zurückgeben können oder sollen, wird der Wert None zurückgegeben, der nicht existente Werte kennzeichnet.
res = print( 15 )
print(res)15
NoneFunktionen können verschachtelt und so von innen nach außen nacheinander ausgeführt werden. In diesem Code-Beispiel wird zunächst die Summe zweier Zahlen und anschließend der Wahrheitswert des Ergebnisses gebildet. Dieser wird anschließend mit der Funktion print ausgegeben.
print(bool(sum([1, 2])))TrueMethoden sind eine Besonderheit objektorientierter Programmiersprachen. Im vorherigen Kapitel wurde erläutert, dass in Python Objekte zu einem bestimmten Typ bzw. zu einer Klasse gehören und abhängig von den in ihnen gespeicherten Werte einen passenden Datentyp erhalten. Methoden sind Funktionen, die zu einer bestimmten Klasse gehören und nur für Objekte dieser Klasse verfügbar sind. Methoden können auch für mehrere Klassen definiert sein. Methoden werden getrennt durch einen Punkt . hinter Objekten mit ihrem Namen aufgerufen: variable.methode bzw. (wert).methode. Beispielsweise sind .upper(), .lower() und .title() für Zeichenfolgen definierte Methoden.
toller_text = "Python 3.12 ist großartig."
print(toller_text.upper())
print(toller_text.lower())
print(toller_text.title(), "\n")
print(("Mit in Klammern gesetzten Werten klappt es auch.").upper())PYTHON 3.12 IST GROSSARTIG.
python 3.12 ist großartig.
Python 3.12 Ist Großartig.
MIT IN KLAMMERN GESETZTEN WERTEN KLAPPT ES AUCH.Für Objekte mit einem unpassenden Datentyp sind Methoden wie .lower() nicht verfügbar.
print((1).upper())'int' object has no attribute 'upper'Methoden können verkettet und so nacheinander ausgeführt werden. In diesem Beispiel wird die Zeichenfolge ‘Katze’ klein geschrieben, dann die Häufigkeit des Buchstabens ‘k’ gezählt.
print('Katze'.lower().count('k'))1Welche Methoden für ein Objekt verfügbar sind, kann mit der Funktion dir(objekt) bestimmt werden. Die Ausgabe der Funktion ist aber häufig sehr umfangreich. Um die relevanten Einträge auszuwählen, muss die Ausgabe gefiltert werden. Notwendig ist das aber nicht - Interessierte schauen in Beispiel 3.1.
Mit der Funktion dir(objekt) können die verfügbaren Methoden eines Objekts ausgegeben werden. Dabei werden jedoch auch die Attribute und die Methoden der Klasse des Objekts ausgegeben, sodass die Ausgabe oft sehr umfangreich ist. Zum Beispiel für die Ganzzahl 1:
print(dir(1))['__abs__', '__add__', '__and__', '__bool__', '__ceil__', '__class__', '__delattr__', '__dir__', '__divmod__', '__doc__', '__eq__', '__float__', '__floor__', '__floordiv__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getnewargs__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__index__', '__init__', '__init_subclass__', '__int__', '__invert__', '__le__', '__lshift__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__neg__', '__new__', '__or__', '__pos__', '__pow__', '__radd__', '__rand__', '__rdivmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rfloordiv__', '__rlshift__', '__rmod__', '__rmul__', '__ror__', '__round__', '__rpow__', '__rrshift__', '__rshift__', '__rsub__', '__rtruediv__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__', 'as_integer_ratio', 'bit_count', 'bit_length', 'conjugate', 'denominator', 'from_bytes', 'imag', 'is_integer', 'numerator', 'real', 'to_bytes']Um die Ausgabe auf Methoden einzugrenzen, kann folgende Funktion in Listenschreibweise verwendet werden:
objekt = 1
attribute = [attr for attr in dir(objekt) if callable (getattr(objekt, attr))]
print(attribute)['__abs__', '__add__', '__and__', '__bool__', '__ceil__', '__class__', '__delattr__', '__dir__', '__divmod__', '__eq__', '__float__', '__floor__', '__floordiv__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getnewargs__', '__getstate__', '__gt__', '__hash__', '__index__', '__init__', '__init_subclass__', '__int__', '__invert__', '__le__', '__lshift__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__neg__', '__new__', '__or__', '__pos__', '__pow__', '__radd__', '__rand__', '__rdivmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rfloordiv__', '__rlshift__', '__rmod__', '__rmul__', '__ror__', '__round__', '__rpow__', '__rrshift__', '__rshift__', '__rsub__', '__rtruediv__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__', 'as_integer_ratio', 'bit_count', 'bit_length', 'conjugate', 'from_bytes', 'is_integer', 'to_bytes']Mit doppelten Unterstrichen umschlossene Methoden sind für die Klasse definierte Methoden. Folgende Funktion entfernt Methoden mit doppelten Unterstrichen aus der Ausgabe:
objekt = 1
attribute = [attr for attr in dir(objekt) if (callable(getattr(objekt, attr)) and not attr.startswith('__'))]
print(attribute)['as_integer_ratio', 'bit_count', 'bit_length', 'conjugate', 'from_bytes', 'is_integer', 'to_bytes']Im Fall einer Ganzzahl können Methoden (zur Abgrenzung von Gleitkommazahlen in umschließenden Klammern) wie folgt aufgerufen werden:
(1).as_integer_ratio()(1, 1)Die Methoden des Objekts ‘toller_text’:
objekt = toller_text
attribute = [attr for attr in dir(objekt) if (callable(getattr(objekt, attr)) and not attr.startswith('__'))]
print(attribute)['capitalize', 'casefold', 'center', 'count', 'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'format', 'format_map', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isascii', 'isdecimal', 'isdigit', 'isidentifier', 'islower', 'isnumeric', 'isprintable', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lstrip', 'maketrans', 'partition', 'removeprefix', 'removesuffix', 'replace', 'rfind', 'rindex', 'rjust', 'rpartition', 'rsplit', 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', 'translate', 'upper', 'zfill']Vielen Funktionen und Methoden können getrennt durch Kommata mehrere Parameter übergeben werden. Die Werte, die als Parameter übergeben werden, werden Argumente genannt (Python-Dokumentation). Parameter steuern die Programmausführung. Die für die Funktion print() verfügbaren Parameter stehen in der Dokumentation der Funktion:
print(*objects, sep=' ', end='\n', file=None, flush=False)*objects, sep, end, file und flush sind die Parameter der Funktion print().
Parameter ohne Gleichheitszeichen = müssen beim Funktions- bzw. Methodenaufruf übergeben werden. Parameter mit Gleichheitszeichen = können beim Aufruf übergeben werden, es handelt sich um optionale Parameter.
Die Werte hinter dem Gleichheitszeichen zeigen die Standardwerte (default value) der Parameter an. Diese werden verwendet, wenn ein Argument nicht explizit beim Aufruf übergeben wird.
Bei den in der Funktionsdefinition genannten Werten handelt es sich nicht immer um die tatsächlichen Standardwerte. Es empfiehlt sich deshalb, wenn eine Funktion verwendet wird, die Beschreibung der Parameter zu lesen.
Einige Funktionen verwenden das Schlüsselwort None zur Kennzeichnung des Standardwerts. Der Wert None dient dabei als Platzhalter. Ein Beispiel ist die NumPy-Funktion numpy.loadtxt().
numpy.loadtxt(fname, dtype=<class 'float'>, comments='#', delimiter=None, converters=None, /
skiprows=0, usecols=None, unpack=False, ndmin=0, encoding=None, max_rows=None, /
*, quotechar=None, like=None)Für den Parameter delimiter ist als Standardwert das Schlüsselwort None eingetragen. Wie der Funktionsbeschreibung zu entnehmen ist, ist der Standartwert tatsächlich das Leerzeichen: “The default is whitespace.”
Auch der Parameter usecols hat den Standarwert None: “The default, None, results in all columns being read.”
Ein weiteres Beispiel ist die Funktion pandas.read_csv(). Einige Argumente haben den Standardwert <no_default>. (Im Folgenden werden nur ausgewählte Parameter gezeigt).
pandas.read_csv(sep=<no_default>, verbose=<no_default>)Aus der Beschreibung können die tatsächlichen Standardwerte abgelesen werden:
sep : str, default ‘,’
verbose : bool, default False
* und / gekennzeichnet (siehe folgenden Tipp).Die Symbole * und / zeigen an, welche Parameter positional und welche per Schlüsselwort übergeben werden können bzw. müssen.
| Linke Seite | Trennzeichen | Rechte Seite |
|---|---|---|
| nur positionale Argumente | / | positionale oder Schlüsselwortargumente |
| positionale oder Schlüsselwortargumente | * | nur Schlüsselwortargumente |
(https://realpython.com/python-asterisk-and-slash-special-parameters/)
Ein Beispiel für das Trennzeichen * ist die Funktion glob aus dem gleichnamigen Modul. Der Parameter pathname kann positional (an erster Stelle) oder als Schlüsselwort übergeben werden. Die übrigen Parameter müssen als Schlüsselwortargumente übergeben werden.
glob.glob(pathname, *, root_dir=None, dir_fd=None, recursive=False, include_hidden=False)Beide Steuerzeichen können innerhalb einer Funktionsdefinition vorkommen, allerdings nur in der Reihenfolge / und *. Im umgekehrten Fall wäre es unmöglich, Argumente zu übergeben. Ein Beispiel ist die Funktion sorted. Der erste Parameter muss positional übergeben werden, die Parameter key und reverse müssen als Schlüsselworte übergeben werden.
sorted(iterable, /, *, key=None, reverse=False)¶Einige Funktionen weichen von der Systematik ab, beispielsweise die Funktionen min() und max(). Diese sind (u. a.) in der Form definiert:
min(iterable, *, key=None)
max(iterable, *, key=None)Beide Funktionen akzeptieren den Parameter iterable aber nicht als Schlüsselwort.
Vielen Funktionen können beliebig viele Argumente positional oder als Schlüsselwort übergeben werden. Im Allgemeinen wird dies durch die Schlüsselwörter *args (positionale Argumente) und **kwargs (key word arguments, Schlüsselwortargumente) angezeigt. Der Unterschied wird durch das eine bzw. die beiden Sternchen markiert, die Schlüsselwörter selbst sind austauschbar (wie bei der Funktion print(*objects)). Das Schlüsselwort *args entspricht zugleich dem Symbol * in der Funktionsdefinition, d. h. rechts davon dürfen nur Schlüsselwortargumente stehen. Weitere Informationen dazu finden Sie hier.
In der Funktionsdefinition von print() ist *objects also ein positionaler Parameter (dieser steht immer an erster Stelle), der keinen Standardwert hat und dem beliebig viele Argumente übergeben werden können (n Eingaben stehen an den ersten n-Stellen). Die weiteren Parameter der Funktion print() sind optional und müssen als Schlüsselwort übergeben werden.
Richtig oder falsch: Methoden stehen abhängig vom Datentyp eines Werts oder eines Objekts zur Verfügung.
Geben Sie die drei Werte 1, 2 und 3 mit print() aus. Parametrisieren Sie die Funktion so, dass ihre Ausgabe wie folgt aussieht:
1_x_2_x_3Welche Parameter nimmt die Funktion entgegen und welche davon sind optional?
Welche Argumente werden positional und welche als Schlüsselübergeben? Ist die Art der Übergabe wählbar oder festgelegt?
Aufgabe 1: richtig
Aufgabe 2
print(1, 2, 3, sep = "_x_")Aufgabe 3: Die Funktion bool() hat ein optionales Argument object mit dem Standardwert False. Das Argument muss positional übergeben werden.