15.2. Existenzberechtigung#
Ziehen wir nochmals den Vergleich zwischen Datentypen und Dateiformate.
Weshalb enden PDF-Dokumente mit .pdf und Bilder mit, z.B., .png?
Ändern wir die Dateiendung oder lassen Sie weg, so ändert sich der Inhalt der Datei nicht.
Allerdings kann Ihr Programm zum Lesen von PDFs, ausschließlich PDFs lesen.
Die Dateiendung ist ein Versprechen, dass es sich bei dieser Datei auch wirklich um eine PDF handelt.
Zudem leitet Ihr Betriebssystem das Öffnen der Datei an ein Programm weiter, welches das entsprechende Dateiformat verarbeiten kann.
Da das Betriebssystem nicht alle Dateiformate kennen kann (jeden Tag entstehen neue Formate) achtet es auf die Dateiendung.
Wir als Benutzer können dem Betriebssystem mitteilen, welche Datei es mit welchem Programm öffnen soll.
Datentypen existieren aus einem ähnlichen Grund. Sie sind ein verpflichtendes Versprechen, wie der Speicherbereich (die Bits und Byte), der den Wert ausmacht, aussieht und wie er interpretiert werden muss. Funktionen und Operationen verlassen sich auf dieses Versprechen.
Informationen können auch wir Menschen nur dann verarbeiten wenn wir uns auf eine Interpretation einigen, bzw. diese bekannt ist und auch eingehalten wird. Genauso verhält es sich mit Programmen und Maschinen.
Zum Beispiel erwartet die Addition + zwei Zahlen.
Dabei kann es sich bei jeder der beiden Zahlen entweder um eine ganze Zahl int oder um eine Fließkommazahl handeln.
3 + 9 # int + int
3 + 8.6 # int + float
-3.6 + 3.4 # float + float
3.1 + 9 # float + int
12.1
Der Datentyp des Ergebnisses der Addition hängt von den Datentypen der beiden Summanden ab.
print(type(3 + 9)) # int + int -> int
print(type(3 + 8.6)) # int + float -> float
print(type(-3.6 + 3.4)) # float + float -> float
print(type(3.1 + 9)) # float + int -> float
<class 'int'>
<class 'float'>
<class 'float'>
<class 'float'>
Zudem wird nicht jeder Datentyp von der Addition unterstützt:
3 + 'a' # int + str -> Fehler!
---------------------------------------------------------------------------
TypeError Traceback (most recent call last)
Cell In[3], line 1
----> 1 3 + 'a' # int + str -> Fehler!
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'
Der Fehler der durch diesen Code erzeugt wird besagt: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str', d.h., diese Kombination aus Datentypen (int und str) wird nicht unterstützt.
Was passiert wenn wir zwei Zeichenketten ‚addieren‘?
'a' + 'b' # str + str -> str!
'ab'
Überraschenderweise führt dies nicht zu einem Fehler.
Wir sprechen hierbei nicht mehr von einer Addition, stattdessen handelt es sich um die sog. Konkatenation (Verkettung) von Zeichenketten.
In anderen Worten: Es entscheiden die Datentypen darüber, welche Operation der +-Operator definiert bzw. welche Operation ausgeführt wird!
In der objektorientierten Programmierung erzielt man dies indem Datentypen nicht nur einen Wert sondern auch Operationen, die auf dem Datentyp ausgeführt werden, definieren.
Zum Beispiel bietet der Datentyp str die Methode count:
'peter'.count('e')
2
Betrachten wir ein weiteres Beispiel:
max([1,2,3,4,5])
5
und
max('a','b')
'b'
Wir rufen beide Male die built-in Funktion max auf.
Einmal ist das Argument eine Liste list und einmal rufen wir max mit zwei Argumenten, zwei Zeichenketten str auf.
Das Ergebnis ist einmal das größte Element der Liste und einmal das lexikographisch größere Element der beiden Argumente.
Der Datentyp des Rückgabewerte ist einmal eine ganze Zahl int und einmal eine Zeichenkette str.
Wird folgender Code funktionieren?
max(3,'b')
---------------------------------------------------------------------------
TypeError Traceback (most recent call last)
Cell In[8], line 1
----> 1 max(3,'b')
TypeError: '>' not supported between instances of 'str' and 'int'
Wir können das an dieser Stelle nicht wissen.
Es kommt darauf an WIE die Funktion max implementiert wurde und WAS sie genau macht.
Macht aus Ihrer Sicht ein solcher Aufruf Sinn?
Führen wir den Code aus, so kommt es zu einem weiteren Fehler: '>' not supported between instances of 'str' and 'int'.
Was soll das nun bedeuten?
Wer hat denn was von größer > gesagt?
Nun, scheinbar verwendet die Funktion max den Größer-Vergleichsoperator und dieser kann mit der Kombination str und int nicht umgehen.
Wir erhalten den gleichen Fehler mit
3 > 'b'
---------------------------------------------------------------------------
TypeError Traceback (most recent call last)
Cell In[9], line 1
----> 1 3 > 'b'
TypeError: '>' not supported between instances of 'int' and 'str'
Es ist im Allgemeinen unklar wie wir eine Zahl mit einem Buchstaben vergleichen sollen. Wir können selbstverständlich einen solchen Vergleich selbst definieren. Wir greifen hier etwas vor:
def get_key(value):
if type(value) == str:
return ord(value[0])
else:
return value
max(3, 'b', key=get_key)
'b'
Was passiert hier?
Wir definieren eine eigene Funktion get_key.
Diese transformiert den Wert, welchen wir vergleichen wollen, in einen anderen Wert.
Ist der Wert eine Zeichenkette, so transformieren wir diese in eine ganze Zahl (ihren ASCII-Code).
Andernfalls geben wir den Wert zurück (keine Transformation).
Wir sagen der Funktion max Sie solle doch bitte vor jedem Vergleich die zu vergleichenden Werte durch unsere Funktion get_key transformieren.
Dies Funktionalität bietet uns max.
Somit sieht der Vergleich wie folgt aus
get_key(3) > get_key('b')
False
also
3 > ord('b')
False
Dabei ergibt ord('b') den Wert 98.
Der Rückgabewert ist eine Zeichenkette str.
Rufen wir allerdings folgenden Code auf
def get_key(value):
if type(value) == str:
return ord(value[0])
else:
return value
max(100, 'b', key=get_key)
100
so ist der Rückgabewert eine ganze Zahl int.
Auch das ist in vielen anderen Sprachen anders.
In Java, C/C++ ist der Rückgabewert einer Funktion immer vom gleichen Datentyp, denn diese Sprachen sind statisch getypt wohingegen Python oder auch JavaScript dynamisch getypt sind.