Introduction to Python/de

Einführung
Dies ist ein kurzes Tutorium für diejenigen, die neu bei Python sind. Python ist eine quelloffene, plattformübergreifende Programmiersprache. Sie verfügt über mehrere Funktionen, die sie von anderen Programmiersprachen unterscheidet, und ist für neue Benutzer sehr zugänglich:


 * Sie wurde so gestaltet, dass sie für Menschen lesbar ist, so dass sie relativ leicht zu erlernen und zu verstehen ist.
 * Sie wird interpretiert, das bedeutet, dass Programme nicht erst kompiliert werden müssen, bevor sie ausgeführt werden können. Python Code kann sofort ausgeführt werden, auch Zeile für Zeile, wenn du es wünschst.
 * Sie kann als Skriptsprache in andere Programme eingebettet werden. FreeCAD hat einen eingebetteten Python Interpreter. Du kannst Python Code schreiben, um Teile von FreeCAD zu verändern. Dies ist sehr mächtig, es bedeutet, daß du deine eigenen Werkzeuge bauen kannst.
 * Sie ist erweiterbar, du kannst einfach neue Module in deine Python Installation einbauen und deren Funktionalität erweitern. Zum Beispiel gibt es Module, die es Python erlauben, Bilder zu lesen und zu schreiben, mit Twitter zu kommunizieren, Aufgaben zu planen, die von deinem Betriebssystem ausgeführt werden sollen, usw.

Das Folgende ist eine sehr grundlegende Einführung und keineswegs ein vollständiges Tutorium. Aber sie wird hoffentlich einen guten Ausgangspunkt für die weitere Erforschung von FreeCAD und seinen Mechanismen bieten. Wir empfehlen dir dringend, die untenstehenden Code Schnipsel in einen Python Interpreter einzugeben.

Der Interpreter
Gewöhnlich öffnest du beim Schreiben von Computerprogrammen einen Texteditor oder deine spezielle Programmierumgebung (die im Grunde ein Texteditor mit einigen zusätzlichen Werkzeugen ist), schreibst dein Programm, kompilierst und führst es dann aus. Oftmals wurden bei der Eingabe ein oder mehrere Fehler gemacht, so dass dein Programm nicht funktioniert. Möglicherweise erhälst du sogar eine Fehlermeldung, die dir mitteilt, was schief gelaufen ist. Dann gehe zurück zu deinem Texteditor, korrigiere die Fehler, laufe erneut durch und wiederhole dies, bis dein Programm wie beabsichtigt funktioniert.

In Python kann dieser ganze Prozess transparent im Python Interpreter ausgeführt werden. Der Interpreter ist ein Python Fenster mit einer Eingabeaufforderung, wo du einfach Python Code eintippen kannst. Wenn du Python auf deinem Computer installiert hast (Herunterladen von der Python Webseite, wenn du es auf Windows- oder Mac benutzt, installiere es von deinem Paket Repositorium, wenn du auf GNU/ Linux installierst). Aber, wie bereits erwähnt, hat FreeCAD auch einen eingebauten Python Interpreter: die Python Konsole.



Wenn du sie nicht siehst, klicke auf. Die Python Konsole kann in der Größe verändert und auch wieder abgedockt werden.

Der Interpreter zeigt die Python-Version, dann ein Symbol, das ist die Eingabeaufforderung, das heißt, hier geben Sie Python-Code ein. Schreiben von Code im Interpreter ist einfach: eine Zeile ist eine Anweisung. Wenn du drückst, wird dein Code Zeile ausgeführt (nachdem sie sofort und unsichtbar kompiliert wurde). Zum Beispiel, versuche dies zu schreiben:

ist ein spezielles Python-Schlüsselwort, das bedeutet natürlich, etwas auf dem Bildschirm auszugeben. Wenn Sie die Eingabetaste drücken, wird die Operation ausgeführt, und die Nachricht "Hallo" wird gedruckt. Wenn Sie einen Fehler machen, schreiben wir zum Beispiel:

Python meldet nun, dass es nicht weiß, was Hallo ist. Die " Zeichen geben an, dass der Inhalt ein String ist, einfacher gesagt, im Programmier-Jargon, ein Stück Text. Ohne die " glaubt der Druckbefehl Hallo sei nicht einfach Text, sondern ein spezielles Python-Schlüsselwort. Das Wichtigste ist, Sie werden sofort benachrichtigt, dass Sie einen Fehler gemacht haben. Durch Drücken des Pfeil nach oben (oder im FreeCAD-Interpreter, STRG + Pfeil nach oben), können Sie zurück zum letzten Befehl, den Sie geschrieben haben und diesen korrigieren.

Der Python-Interpreter hat auch ein eingebautes Hilfesystem. Schreiben Sie mal:

Jetzt erhalten Sie eine lange und vollständige Beschreibung dessen, was der Befehl print alles tun kann.

Und da wir jetzt völlig unseren Interpreter beherrschen, können wir mit dem ernsten Zeug beginnen.

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Variablen
Natürlich ist die Ausgabe von "Hallo" nicht sehr interessant. Interessanter ist die Ausgabe von Dingen, die Sie vorher nicht wissen, oder die Python für Sie herausfindet. Das ist, wo das Konzept der Variablen ins Spiel kommt. Eine Variable ist einfach ein Wert, den Sie unter einem Namen speichern. Tippen Sie zum Beispiel das:

Ich vermute, Sie verstehen, was passiert ist, wir speichern die Zeichenfolge "Hallo" unter dem Namen "a". Jetzt ist "a" kein unbekannter Name mehr! Wir können es überall einsetzen, z. B. in den print-Befehl. Wir können jeden beliebigen Namen verwenden, den wir wollen, es gibt nur einige einfache Regeln zu respektieren, wie keine mit Leerzeichen oder Satzzeichen zu verwenden. Zum Beispiel könnten wir sehr wohl schreiben:

Gesehen? Jetzt ist Hallo kein undefiniertes Wort mehr. Was ist, wenn wir unglücklicherweise einen Namen wählen, der bereits in Python existiert? Sagen wir, wir wollen unseren String unter dem Namen "print" zu speichern:

Wir änderten den Wert von myVariable. Wir können auch Variablen kopieren:

Beachten Sie, dass es wichtig ist, Variablen sinnvolle Namen zu geben, da, wenn Sie lange Programme schreiben, Sie sich nach einer Weile nicht daran erinnern werden, wofür Ihre Variable mit dem Namen "a" steht. Aber wenn Sie es, zum Beispiel, myWelcomeMessage nannten, werden Sie sich leicht erinnern, wofür sie verwendet wird, wenn Sie es sehen werden. Außerdem ist Ihr Code einen Schritt näher an der Selbstdokumentation.

Groß-/Kleinschreibung ist sehr wichtig. myVariable ist nicht das Gleiche wie myvariable, der Unterschied ist das große/kleine "v". Wenn Sie schreiben "print myvariable" wird als Fehler "nicht definiert" angezeigt.

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Zahlen
Natürlich müssen Sie wissen, dass die Programmierung nützlich ist, jede Art von Daten zu behandeln, besonders Zahlen, nicht nur Text-Strings. Eines ist wichtig, Python muss wissen, mit welchen Daten es sich befasst. Wir sahen in unserem print hallo Beispiel, dass der Druckbefehl unseren "hallo" String erkannte. Durch die " sagten wir dem Druckbefehl, was als Nächstes kommen würde, ist ein Text-String.

Wir können immer den Datentyp einer Variablen überprüfen, mit dem speziellen Python-Schlüsselwort: type

Es wird uns sagen, der Inhalt von myVar ist 'str', die Kurzform für String in Python-Jargon. Wir haben auch andere Arten von Daten, wie Integer und Fließkomma-Zahlen:

Dies ist bereits viel interessanter, nicht wahr? Jetzt haben wir bereits einen leistungsfähigen Rechner! Schauen Sie genau hin, wie es funktioniert, Python weiß, die 10 und 20 sind ganze Zahlen. So werden sie als "int" gespeichert, und Python kann mit ihnen alles tun, was es mit ganzen Zahlen machen kann. Schauen Sie sich dieses Ergebnis an:

Gesehen? Wir zwangen Python zu denken, dass unsere zwei Variablen nicht Zahlen, sondern bloße Stücke Text sind. Python kann zwei Stücke Text zusammenfügen, aber es wird nicht versuchen, daraus ein Summe zu bilden. Aber wir sprachen über Ganz-Zahlen. Es gibt auch Fließkomma-Zahlen. Der Unterschied ist, dass Ganz-Zahlen keine Nachkommastellen haben, während Fließkomma-Zahlen auch Dezimalstellen haben können:

Ganz- und Fließkomma-Zahlen können problemlos gemischt werden:

Natürlich hat die Summe Dezimalstellen, richtig? Dann hat Python automatisch entschieden, dass das Ergebnis ein float(Fließkomma-Zahl) ist. In einigen Fällen wie diesem, entscheidet Python automatisch, welcher Typ anzuwenden ist. In anderen Fällen tut es das nicht. Zum Beispiel:

Dies gibt uns einen Fehler, weil varA einen String und varB ein int ist, und Python nicht weiß, was zu tun ist. Aber wir können Python zwingen, zwischen Typen zu konvertieren:

Nun sind beides Strings und der Ablauf funktioniert! Bemerken Sie, dass wir varB zur Zeit des Druckes "stringified" haben, aber wir varB selbst nicht änderten. Wenn wir varB dauerhaft in einen String ändern wollten, würden wir folgendes tun müssen:

Wir können auch int und float einsetzen, um Werte zu konvertieren in int und float, wenn wir wollen:

Sie werden bemerkt haben, dass wir in diesem Abschnitt den Befehl 'print' in mehrfacher Weise verwendet haben. Wir druckten Variablen, Summen, mehrere Dinge durch Kommas getrennt, und auch das Ergebnis anderer Python-Befehle wie type. Vielleicht haben Sie auch gesehen, dass die Anwendung dieser beiden Befehle,

absolut das selbe Resultat ergeben. Das passiert, weil wir im Interpreter sind, und alles automatisch auf dem Bildschirm ausgegeben wird. Wenn wir kompliziertere Programme schreiben werden, die außerhalb des Interpreters laufen sollen, wird nicht automatisch alles auf dem Schirm ausgegeben, also werden wir den Druckbefehl verwenden müssen. Aber im Moment wollen wir aufhören, es hier zu verwenden, weil es schneller geht. So können wir einfach schreiben:

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Listen
Ein weiterer interessanter Datentyp sind Listen. Eine Liste ist schlicht eine Liste zusammengestellter Daten. Genau wie wir einen Text-String durch das Benutzen von " " definieren, definieren wir Listen durch [ ]:

Sie sehen, es können beliebige Arten von Daten darin enthalten sein. Listen sind sehr hilfreich, weil Sie Variable gruppieren können. Man kann dann alle möglichen Dinge innerhalb der Gruppe, wie z.B. diese zählen:

oder ein einzelnes Element aus der Liste abrufen:

Wie Sie sehen, wird durch den Befehl len die gesamte Anzahl von Elementen in einer Liste ausgegeben, deren "Position" in der Liste mit 0 beginnt. Das erste Element einer Liste ist immer an Position 0, somit ist in unserer myOtherList, "Bob" an Position 2 zu finden. Darüber hinaus lässt sich noch jede Menge mehr mit Listen anstellen, wie man z.B. hier nachlesen kann, beispielsweise Inhalte sortieren, oder Elemente hinzufügen oder entfernen.

Ein lustiger und interessanter Hinweis für Sie: Ein Text-String hat sehr viel gemeinsam mit einer Liste von Buchstaben! Versuchen Sie das mal:

Üblicherweise kann man alles, was man mit Listen tun kann, auch auf Strings anwenden. Denn tatsächlich sind Listen und Strings eigentlich Sequenzen.

Außer Strings, Ints, Floats und Listen, gibt es noch weitere eingebaute Datentypen, wie z.B. Wörterbücher, oder Sie können auch Ihre eigenen Datentypen erstellen durch verwenden von Klassen.

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Einrückung
Cool ist beim Gebrauch von Listen auch, dass man sie durchsuchen und mit jedem Fund etwas tun kann. Schauen Sie zum Beispiel hier:

Wir iterierten (schon wieder Programmier-Jargon!) durch unsere Liste mittels des "for ... in ..." -Befehls und haben mit jedem der gefundenen Elemente etwas gemacht. Beachten Sie die spezielle Syntax: der for-Befehl endet mit : Dies deutet an, dass alles was danach kommt, ein Befehlsblock mit einem oder mehreren Befehlen sein wird. Unmittelbar nachdem die Befehlszeile mit : endet, wird die Eingabeaufforderung sich so verändern ... was bedeutet, Python weiß, dass eine :-beendete Eingabe aufgetreten ist und dass das, was als nächstes kommen wird, Teil davon ist.

Wie wird Python wissen, wie viele der folgenden Zeilen innerhalb der for...in Operation durchgeführt werden sollen? Dafür verwendet Python die Einrückung. Das heißt, dass Ihre nächsten Zeilen nicht sofort beginnen. Sie werden sie durch ein Leerzeichen oder mehrere Leerzeichen oder einen Tab oder mehrere Tab´s beginnen. Andere Programmiersprachen verwenden andere Methoden, wie z.B. alles in Klammern zu setzen, etc. Solange Sie Ihre folgenden Zeilen mit derselben Einrückung schreiben, werden sie als ein Teil des for...in Blocks betrachtet. Wenn Sie eine Zeile mit zwei Leerzeichen und die nächste mit vier beginnen, gibt es einen Fehler. Wenn Sie fertig sind, schreiben Sie einfach eine Zeile ohne Einrückung, oder drücken Sie einfach ENTER, um den for...in Block zu verlassen.

Einrückung ist cool, denn sie erhöht die Lesbarkeit. Falls Sie große Einrückungen nutzen (z.B. Tabulatoren statt Leerzeichen, weil größer), wenn Sie ein großes Programm schreiben, werden Sie eine klare Übersicht haben, was im Inneren von Blöcken ausgeführt wird. Wir werden sehen, dass Befehle außer for...in ebenfalls eingerückten Code nutzen.

For-in-Befehle können für viele Dinge, die mehr als einmal getan werden müssen, verwendet werden. Er kann, zum Beispiel, mit dem range-Befehl verbunden werden:

(Wenn Sie die Code-Beispiele durch Copy-und-Paste in einem Interpreter ausgeführt haben, werden Sie feststellen, dass der vorige Text-Block einen Fehler produziert. Kopieren Sie statt dessen bis zum Ende des eingerückten Blocks, das heißt zum Ende der Zeile "total = total + number" und fügen das in den Interpreter ein. Drücken Sie im Interpreter die Eingabetaste, bis die drei Punkte verschwinden und der Code läuft. Kopieren Sie dann die beiden letzten Zeilen in dem Interpreter und drücken ein oder mehrmals die Eingabetaste. Die abschließende Ausgabe sollte erscheinen).

Wenn Sie in den Interpreter help(range) eintippen, würden Sie sehen:

Hier geben die eckigen Klammern einen optionalen Parameter an. Trotzdem werden jeweils Ganz-Zahlen erwartet. Wir werden mit der Hilfe von int dafür sorgen, dass die range-Parameter Ganz-Zahlen sind

Here the square brackets denote an optional parameter. However all are expected to be integers. Below we will force the step parameter to be an integer using :

Oder komplexere Dinge wie diese:

Sie sehen, dass der range-Befehl auch eine seltsame Eigenart hat, dass er bei 0 beginnt (wenn Sie die Startzahl nicht vorgeben) und dass seine letzte Zahl eins weniger sein wird als die Endzahl, die Sie angeben. Das heisst natürlich, so arbeitet es gut mit anderen Python-Befehlen zusammen. Zum Beispiel:

Eine weitere interessante Anwendung von eingerückten Blöcken ist der if-Befehl. If führt einen Code-Block nur aus, wenn eine bestimmte Bedingung erfüllt ist, zum Beispiel:

Natürlich wird das immer den ersten Satz ausgeben, aber versuchen Sie, die zweite Zeile wie folgt zu ersetzen:

Dann wird nichts ausgegeben. Wir können auch eine else: Anweisung nutzen:

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Funktionen
Es gibt nur wenige Standard Python-Befehle. In der aktuellen Version von Python gibt es etwa 30, und wir kennen bereits mehrere von ihnen. Aber stellen Sie sich vor, wir könnten unsere eigenen Befehle erfinden? Nun, wir können, und es ist extrem einfach. In der Tat, tun die meisten der zusätzlichen Module, die Sie in Ihrer Python-Installation zufügen, genau das, sie fügen Befehle hinzu, die Sie verwenden können. Ein benutzerdefinierter Befehl in Python wird eine Funktion genannt und wird so gemacht:

Extrem einfach: der def-Befehl definiert eine neue Funktion. Sie geben ihr einen Namen und innerhalb der Klammern Sie Argumente, die wir in unserer Funktionen benutzen werden. Argumente sind Daten, die an die Funktion übergeben werden. Schauen Sie sich zum Beispiel das len-Kommando an. Wenn Sie lediglich len schreiben, dann wird Python melden, dass es ein Argument benötigt. Das heißt, Sie möchten len von irgendwas, stimmt's? Dann schreiben Sie z.B. len(myList) und Sie bekommen die Länge von myList. Nun, myList ist ein Argument, dass Sie die len-Funktion übergeben. Die len-Funktion ist so definiert, dass sie weiß, was mit dem übergebenen Wert tun soll. Das Gleiche, was wir hier getan haben.

Die "myValue"-Bezeichnung kann alles sein, und sie wird nur innerhalb der Funktion benutzt. Es ist nur ein Name, den Sie dem Argument gegeben haben, damit Sie etwas damit tun können, aber es dient auch dazu, der Funktion mitzuteilen, wie viele Argumente zu erwarten sind. Wenn Sie z.B. dies tun:

gibt es einen Fehler. Unsere Funktion wurde programmiert, nur ein Argument zu erwarten, aber es erhielt zwei, 45 und 34. Wir könnten stattdessen folgendes tun:

Wir haben eine Funktion erstellt, die zwei Argumente bekommt und diesen Wert zurückgibt. Etwas zurückliefern ist sehr sinnvoll, denn wir können etwas mit dem Wert tun, wie etwa in der myTotal-Variable speichern. Da wir im Interpreter sind und alles ausgeben wird, erzeugt die Zeile

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Module
Da wir jetzt einen guten Überblick haben, wie Python arbeitet, müssen wir abschließend noch eins wissen: Wie arbeitet man mit Dateien und Modulen.

Bis jetzt haben wir Python-Anweisungen Zeile für Zeile in den Interpreter eingegeben, stimmt's? Was, wenn wir mehrere Zeilen zusammenschreiben und sie alle gemeinsam ausführen könnten? Es wäre einfacher, um komplexere Dinge zu tun. Und wir könnten unsere Arbeit außerdem speichern. Nun, auch das ist sehr einfach. Öffnen Sie einen Text-Editor (wie das Windows-Notepad, Linux gedit, emacs oder vi) und schreiben Sie alle Ihre Python-Zeile, wie Sie das im Interpreter getan haben, mit Einrückungen, usw. Speichern Sie dann die Datei irgendwo, am besten mit einer .py-Endung. Dadurch haben Sie ein komplettes Python-Programm. Natürlich gibt es viel bessere Editoren als Notepad, aber es geht nur darum Ihnen zu zeigen, dass ein Python-Programm nichts anderes ist als eine Textdatei.

Um dieses Programm mit Python auszuführen, gibt es hunderte von Wegen. In Windows rechtsklicken Sie die Datei, öffnen sie mit Python und führen sie aus. Aber Sie können Sie auch vom Python-Interpreter ausführen. Dafür muss der Interpreter wissen, wo Ihr .py-Programm ist. In FreeCAD ist der einfachste Weg, Ihr Programm an einer Stelle abzulegen, die dem FreeCAD-Python-Interpreter bekannt ist, wie z.B. das FreeCAD-bin-Verzeichnis, oder eins der Mod-Verzeichnisse. (Unter Linux haben Sie vermutlich ein Verzeichnis /home//.FreeCAD/Mod, lassen Sie uns darunter ein Unterverzeichnis namens scripts erstellen, in dem wir die Textdatei ablegen). Nehmen wir an, wir schreiben eine Datei mit dem folgenden Inhalt:

und speichern sie als myTest.py in unserem FreeCAD/bin-Verzeichnis (oder auf Linux in /home//.FreeCAD/mod/scripts). Lassen Sie uns nun FreeCAD starten und im Interpreter-Fenster eingeben:

ohne die py-Endung. Dies wird einfach den Inhalt der Datei ausführen, Zeile für Zeile, so als hätten wir es im Interpreter eingegeben. Die sum-Funktion wird angelegt und die Meldung ausgegeben. Es gibt einen großen Unterschied: Das import-Kommando ist nicht nur gemacht, um Programme in Dateien auszuführen, sondern auch die darin enthaltenen Funktionen zu laden, so dass sie im Interpreter verfügbar sind. Dateien, die Funktionen enthalten, so wie unsere, werden Module genannt.

Normalerweise, wenn wir eine sum-Funktion im Interpreter eingeben, führen wir sie ganz einfach wie folgt aus

wie vorher aus. Wenn wir ein Modul mit unserer sum-Funktion importieren, ist die Syntax ein wenig anders. Wir schreiben:

Das bedeutet, das Modul wird als ein "Container" importiert und alle seine Funktionen sind intern. Das ist sehr nützlich, denn wir können eine Menge von Modulen importieren und alles bleibt gut organisiert. Allgemein, überall dort, wo Sie etwas.etwasAnderes sehen, mit einem Punkt dazwischen, bedeutet es, etwasAnderes ist innerhalb von etwas.

Wir können unsere sum-Funktion auch wie folgt direkt in den Interpreter-Hauptbereich importieren:

Generell verhalten sich alle Module auf diese Weise. Sie importieren ein Modul und Sie können die Funktionen benutzen: modul.funktion(argument). Fast alle Module tun das: sie definieren Funktionen, neue Datentypen und Klassen, die Sie im Interpreter oder Ihren eigenen Python-Modulen benutzen können, denn nichts hindert Sie daran, andere Module in Ihre Module zu importieren!

Ein letzter extrem nützlicher Punkt. Woher wissen wir, welche Funktionen verfügbar und wie sie zu benutzen sind (d.h., welche Art von Argumenten erwarten sie)? Wir haben bereits gesehen, dass Python eine help-Funktion hat. Ausführen von:

liefert uns eine Liste aller verfügbarer Module. Durch können durch Eintippen von q die interaktive Hilfe verlassen und irgendeins importieren. Wir können mit dem dir-Kommando sogar den Inhalt ansehen.

Wir sehen all die im math-Modul enthaltenen Funktionen, genau wie merkwürdiges Zeug namens __doc__, __file__, __name__. __doc__ ist sehr nützlich, denn es ist Dokumentation. Jede Funktion von (gut gemachten) Modulen hat einen __doc__-Abschnitt, der die Nutzung beschreibt. Wir sehen zum Beispiel, dass es eine sin-Funktion im math-Modul gibt. Wollen Sie wissen, wie man sie benutzt?

(Es mag nicht klar ersichtlich sein, aber auf jeder Seite von doc gibt es zwei Unterstriche).

Und abschließend ein letztes kleines Goodie: Wenn wir an einem neuen oder existierenden Modul arbeiten, ist es am besten, die Dateiendung durch .py zu ersetzen, also myModule.FCMacro => myModule.py. Wir werden es oft testen, also werden wir es wie oben gezeigt laden.

Es gibt jedoch zwei Alternativen: im Makro nutzen Sie Pythons exec- oder execfile-Funktionen.

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Loslegen mit FreeCAD
Nun, ich glaube, Sie haben jetzt eine gute Vorstellung davon, wie Python funktioniert, und Sie können anfangen zu erforschen, was FreeCAD anzubieten hat. Die Python-Funktionen von FreeCAD werden alle gut in verschiedenen Modulen organisiert. Einige von ihnen werden bereits (importiert) geladen, wenn Sie FreeCAD starten. Also, nur eingeben

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