Tutorial: Python-Skripte ausführen

In der Regel schreiben Einsteiger zuerst ein Python-Skript in der Kommandozeile und führen es dann von dort aus. Das Skript selbst entsteht meist in einem Texteditor und wird anschließend über die Kommandozeile gestartet. In diesem Beitrag schauen wir uns im Detail an, wie du Python-Skripte ausführst. 

Python-Skripte und Interpreter

Computer verstehen Code nicht so, wie wir Menschen ihn schreiben. Deshalb brauchst du einen Interpreter zwischen Computer und Code. Seine Aufgabe ist es, deinen Code in ein Format zu übersetzen, das der Computer verarbeiten kann.

Der Interpreter arbeitet dabei wie folgt:

• Er verarbeitet das Python-Skript der Reihe nach.

• Er kompiliert den Code zu Bytecode, einer niedrigeren Ebene, die Computer verstehen.

• Schließlich kommt die Python Virtual Machine (PVM) ins Spiel. Die PVM ist die Laufzeit-Engine von Python. Sie iteriert über die Anweisungen deines Bytecodes und führt sie nacheinander aus.

Neben Skripten gibt es auch Module: Das sind Python-Skripte, die in anderen Python-Skripten importiert und verwendet werden.

Python-Skripte werden mit der Endung .py gespeichert. So erkennt das System, dass es sich um ein Python-Programm handelt. Anders als Windows liefern Unix-basierte Systeme wie Linux und Mac Python meist vorinstalliert aus. Außerdem unterscheidet sich die Ausführung von Python-Skripten unter Windows und Unix-Systemen.

Python-Skripte ausführen: Vorbereitung

Allen Nutzerinnen und Nutzern, besonders unter Windows, empfehlen wir Anaconda. Du kannst es über die Anaconda-Website herunterladen. Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung findest du in diesem Anaconda-für-Windows-Tutorial.

Wenn du Python3 unter Windows installieren willst, schau dir dieses Python-Setup-Tutorial an.

Den Python-Interpreter auf der Kommandozeile erreichst du auf den verschiedenen Betriebssystemen so:

• Unter Windows heißt die Kommandozeile Eingabeaufforderung. Du öffnest sie über das Start-Menü und suchst nach Eingabeaufforderung. Alternativ öffnest du den Ausführen-Dialog, tippst cmd und bestätigst. Wenn Python auf deinem C-Laufwerk installiert ist, gibst du z. B. C:\\python36\\python.exe ein, wobei python36 für die Python-Version steht (Hinweis: Der Pfad kann je nach Installation variieren).

• Auf dem Mac ist es ganz einfach. Öffne das Launchpad, suche nach Terminal und tippe dort Python. Du bekommst die installierte Python-Version angezeigt.

• Wie beim Mac ist auch unter Linux der Zugriff auf das Terminal unkompliziert. Klicke mit der rechten Maustaste auf den Desktop, wähle Terminal und tippe dort Python.

Hinweis: In diesem Tutorial verwenden wir das Mac-OS-Terminal.

Also, legen wir los!

Python-Skripte direkt im Terminal schreiben

Schauen wir uns an, wie du direkt im Terminal Code schreibst und ausführst. Tippe zuerst python3, um die Python-3-Version zu starten.

Anschließend kannst du ähnlich wie in einem Texteditor oder einer IDE (Integrated Development Environment) programmieren – nur ohne die Komfortfunktionen, die eine IDE bietet.

Wir beginnen mit dem Klassiker Hello, World! und sehen uns die Ausgabe im Terminal an.

Praktisch, oder? Einfach Terminal öffnen, Python3 starten und losprogrammieren. Probieren wir noch ein paar Beispiele.

Beachte im obigen Beispiel: Selbst ohne print-Anweisung erhältst du eine Ausgabe.

Jetzt wird es etwas spannender: Wir nutzen die Bibliothek NumPy (Numerical Python), erstellen zwei Arrays und wenden ein paar mathematische Operationen darauf an. Kurz zu NumPy: Die Python-Bibliothek arbeitet effizient mit großen, mehrdimensionalen Arrays und Matrizen und bringt viele leistungsfähige mathematische Funktionen dafür mit.

Wie du siehst, kannst du mit NumPy im Terminal Arrays erstellen, addieren und multiplizieren. Wichtig: Die Funktion multiply in NumPy führt eine elementweise Multiplikation durch, während dot das Skalarprodukt zweier Matrizen berechnet. Für np.dot müssen daher die Spalten der ersten Matrix mit den Zeilen der zweiten übereinstimmen – sonst erhältst du einen ValueError.

Python-Skripte aus dem Terminal ausführen

Ein Python-Skript aus dem Terminal zu starten ist simpel. Anstatt den Code im Terminal zu tippen, schreibst du ihn in einen Editor wie vim, emacs oder Notepad++ und speicherst die Datei mit der Endung .py. Öffne dann das Terminal, wechsle in das Verzeichnis der Datei und führe das Skript mit dem Befehl python gefolgt vom Dateinamen aus.

Erstelle die Datei terminal.py beispielsweise mit vim im Terminal via vim terminal.py und füge den folgenden Code ein. Zum Speichern drücke esc und gib wq! ein. Um das Skript auszuführen, tippst du python3 terminal.py – die Ausgabe erscheint in unter einer Sekunde wie oben gezeigt.

Hier ist der im obigen Beispiel verwendete Code.

import numpy as np

x = np.array([[1,2],[3,4]], dtype=np.float64)
y = np.array([[5,6],[7,8]], dtype=np.float64)

# Elementwise sum; both produce the array
# [[ 6.0  8.0]
#  [10.0 12.0]]
print("Output of adding x and y with a '+' operator:",x + y)
print("Output of adding x and y using 'numpy.add':",np.add(x, y))

# Elementwise difference; both produce the array
# [[-4.0 -4.0]
#  [-4.0 -4.0]]
print("Output of subtracting x and y with a '-' operator:",x - y)
print("Output of subtracting x and y using 'numpy.subtract':",np.subtract(x, y))

# Elementwise product; both produce the array
# [[ 5.0 12.0]
#  [21.0 32.0]]
print("Output of elementwise product of x and y with a '*' operator:",x * y)
print("Output of element wise product of x and y using 'numpy.multiply':",np.multiply(x, y))

# Elementwise division; both produce the array
# [[ 0.2         0.33333333]
#  [ 0.42857143  0.5       ]]
print("Output of elementwise division x and y with a '/' operator:",x / y)
print("Output of elementwise division x and y using 'numpy.divide':",np.divide(x, y))

# Elementwise square root; produces the array
# [[ 1.          1.41421356]
#  [ 1.73205081  2.        ]]
print("Output of elementwise square root x using 'numpy.sqrt':",np.sqrt(x))

Output of adding x and y with a '+' operator: [[ 6.  8.]
 [10. 12.]]
Output of adding x and y using 'numpy.add': [[ 6.  8.]
 [10. 12.]]
Output of subtracting x and y with a '-' operator: [[-4. -4.]
 [-4. -4.]]
Output of subtracting x and y using 'numpy.subtract': [[-4. -4.]
 [-4. -4.]]
Output of elementwise product of x and y with a '*' operator: [[ 5. 12.]
 [21. 32.]]
Output of element wise product of x and y using 'numpy.multiply': [[ 5. 12.]
 [21. 32.]]
Output of elementwise division x and y with a '/' operator: [[0.2        0.33333333]
 [0.42857143 0.5       ]]
Output of elementwise division x and y using 'numpy.divide': [[0.2        0.33333333]
 [0.42857143 0.5       ]]
Output of elementwise square root x using 'numpy.sqrt': [[1.         1.41421356]
 [1.73205081 2.        ]]

Kommandozeilenargumente an ein Python-Skript übergeben

Kommandozeilenargumente erleichtern dir oft die Arbeit. In produktivem Code werden sie häufig genutzt, weil sie reproduzierbare Ergebnisse erleichtern. Wenn dein Code viele Benutzereingaben oder Dateinamen enthält, musst du bei Änderungen nicht im Code suchen, sondern kannst Parameter direkt beim Aufruf übergeben.

Dafür verwendest du das Modul sys, das zu Python gehört. Darin findest du argv, eine Liste der an das Python-Programm übergebenen Argumente. sys.argv liest die Argumente als Liste ein: Auf das erste Element greifst du mit sys.argv[1] zu, während sys.argv[0] immer der Name des Programms ist, so wie es aufgerufen wurde.

Schauen wir uns ein einfaches Beispiel an.

Hinweis: Python liest das Kommandozeilenargument als string. Wenn du mit Zahlen arbeitest, wandle es in einen integer um.

Speichere – wie zuvor – den folgenden Code als command_line.py und führe ihn mit python3 command_line.py 10 aus. Die 10 ist das Kommandozeilenargument.

import sys
num = sys.argv[1]
for i in range(int(num)):
    print (i)

Was passiert ohne Kommandozeilenargument?

Du bekommst den Fehler list index out of range. Das bestätigt, dass sys.argv eine Liste ist. Um solche Fehler abzufangen, brauchst du Exception-Handling – das liegt außerhalb dieses Tutorials.

Die Ausgabe eines Python-Skripts in eine Datei schreiben

Zum Schluss noch ein Bonus: So leitest du die Ausgabe deines Python-Skripts mit > in eine txt-Datei um. 

Lege zunächst den Ordner cli an und verschiebe command_line.py dorthin. Prüfe, ob es in diesem Ordner noch keine txt-Datei gibt.

Gib dann python3 command_line.py 10 > output.txt ein und prüfe den Inhalt des cli-Ordners. Jetzt solltest du die Datei output.txt sehen.

Öffne nun output.txt und sieh dir den Inhalt an.

Wie du siehst, wurden die Ziffern 0–9 mit einem einfachen > in eine Textdatei geschrieben.

Fazit

Glückwunsch, du hast das Tutorial abgeschlossen.

Es gibt noch viel zu entdecken: GUI-basierte Ausführung in Python, interaktives Arbeiten oder das Starten von Skripten aus einem Dateimanager oder einer IDE. Speziell für die Kommandozeile lohnt sich ein Blick auf die Windows-Eingabeaufforderung und die Unterschiede zu Unix-basierten Systemen.

Wenn du gerade erst mit Python startest und mehr lernen willst, schau dir den Kurs Introduction to Data Science in Python von DataCamp an.