L E S B O E K J E. J. van Weert Wt (at) sgdb.nl Stedelijk Gymnasium s-hertogenbosch Wt /

Transcriptie

1 W T S A D V A N C E D P Y T H O N L E S B O E K J E J. van Weert Wt (at) sgdb.nl Stedelijk Gymnasium s-hertogenbosch

2 INHOUD 1 Inleiding Object Oriented Programming (OOP) Classes Init en methoden met parameters Class variables en instance variables Overerving Meervoudige overerving Multiple inheritance probleem 1: conflicterende methoden Multiple inheritance probleem 2: meerdere init () methoden Geavanceerd overriden Opfrisser Methoden van je parent aanroepen Error handling Inleiding Soorten foutmeldingen Exceptions Extra: Eindproject(je) Links en vervolgsuggesties

3 1 INLEIDING Je hebt inmiddels aardig wat ervaring met Python. Toch valt er nog oneindig over te leren (veel meer nog dan we hier nog kunnen toevoegen). In dit boekje breiden we je programmeerarsenaal uit met 2 belangrijke concepten: Objects en Error Handling. Objects helpen je op verschillende manieren: - Objecten bieden extra structuur en maken daarmee je code overzichtelijker - Objecten helpen je voorkomen dat je code herhaalt. Dit voorkomt fouten en maakt je code beter te onderhouden - Objecten maken code recyclebaar: objecten die je eerder geschreven hebt, kun je gemakkelijk in nieuwe programma s importeren - Objecten maken het makkelijker je code in stukken te verdelen en daarmee is het makkelijker om samen te werken aan code (ieder zijn eigen afgesloten stuk) Error handling is een mechanisme dat helpt om fouten die kunnen optreden tijdens het gebruik van een programma (bijvoorbeeld ongeldige invoer van een gebruiker) op een goede manier af te handelen, zonder dat de gebruiker wordt overladen met cryptische foutmeldingen 3

4 2 OBJECT ORIENTED PROGRAMMING (OOP) 2.1 CLASSES In OOP draait alles om classes (klassen) en objects/instances (objecten of instanties). Bekijk het volgende filmpje met een voorbeeld en uitleg over de basics van Python classes: Thenewboston Tutorial 29: Classes and Objects Hierin leer je: - Basis class syntax (schrijfwijze) - Class variables - Class functions (+self) - Instanties (objects) maken - Het maken van meerdere instanties (objects) van een klasse en het gebruik ervan Opdracht 1: Bouw de Enemy() class na uit het filmpje. Breid de Enemy() klasse uit met een nieuwe functie heal(). Deze functie verhoogt de life van de enemy met 2. Test je functie door een Enemy object te maken, een paar keer de heal() en de attack() functies ervan uit te voeren en vervolgens met de checklife() functie de kijken of het goed heeft gewerkt. Opdracht 2: Wijzig de methode attack() zodanig dat elke attack een random getal tussen 0 en 3 kiest en dat van de life variabele afhaalt (schade is dus niet meer altijd 1, maar kan variëren). Schrijf vervolgens een programma dat twee objecten van het type Enemy maakt en ze om en om elkaar laat aanvallen (gebruik een loop). Als 1 van de 2 dood is, eindigt je programma met de melding wie er gewonnen heeft en hoeveel life de winnaar nog over heeft. NB: Kijk in de codecademy samenvatting hoe random ook alweer werkt. 4

5 2.2 INIT EN METHODEN MET PARAMETERS Bij het maken van een nieuw object is het vaak handig als meteen een stukje code wordt uitgevoerd dat de startwaarden van het object goed instelt. Hiertoe dient de speciale init () methode. Methodes kunnen natuurlijk (net als gewone functies) meerdere parameters hebben. Bekijk het volgende filmpje: Thenewboston Tutorial 30: Init Hierin leer je: - Werking van de speciale init () functie bij classes - (extra) parameters naast self voor functies Opdracht 3: Breid je Enemy() class van de vorige opdracht (opdracht 2) uit met een init () functie. Deze functie vraagt (naast de standaard benodigde self) om 2 parameters: het aantal levenspunten om mee te beginnen en de maximale schade die geïncasseerd kan worden per aanval (2 integers dus). Sla deze waarden op in variabelen van de class. Pas nu je attack() functie aan zodat de de maximum schade die gedaan kan worden gelijk is aan het opgeslagen maximum uit de init() methode. De schade is dus een random getal tussen 0 en het maximum. Laat bij elke keer dat de attack() functie wordt aangeroepen ook op het scherm zien wat de schade was en hoeveel life de Enemy nog heeft. Test je code door weer in een loop 2 instanties van Enemy met elkaar te laten vechten tot er een dood is. Experimenteer met verschillende waarden voor de init methodes van de beide Enemy objecten. 5

6 2.3 CLASS VARIABLES EN INSTANCE VARIABLES Er zijn verschillende termen voor variabelen die in een class gebruikt worden: - Class variables: Variabelen die in de klassedefinitie worden gezet. De waarde hiervan is dus hetzelfde voor alle objecten (instanties) van deze klasse. - Instance variables: Variabelen die gemaakt worden in de init () methode van de klasse. Deze verschillen van waarde bij verschillende objecten (instanties) van deze klasse. (Vandaar ook de naam, instance variabelen hebben voor elke instance een unieke waarde) Niet superlastig, maar belangrijk om deze termen te kennen en uit elkaar te kunnen houden. Bekijk het volgende filmpje voor een korte uitleg met een voorbeeld: Thenewboston tutorial 31 Opdracht 4: Bekijk nog even je code van opdracht 3. Als het goed is heb je zowel class variables als instance variables gebruikt. Welke zijn welke? 6

7 2.4 OVERERVING Je hebt al gezien dat klassen een handige manier zijn om eenmalig een definitie van iets te schrijven (bijvoorbeeld de Enemy class uit de vorige opgaven) en meerdere objecten te maken die deze definitie gebruiken. Daar kunnen we nog een schepje bovenop doen met het principe van overerving (inheritance in het Engels). Bekijk het volgende filmpje: Thenewboston tutorial 32: Inheritance Hierin leer je: - De basics van inheritance (een klasse alle eigenschappen van een andere klasse laten overnemen en hier dingen aan toevoegen) - Overriding. Dit is het vervangen van een geërfde eigenschap (zoals een functie) door een andere invulling ervan. Het voorbeeldje uit het filmpje is simpel, maar inheritance is een erg krachtig concept. Je kunt zo een hele stamboom van classes maken die steeds specifieker worden. Hierdoor heb je nergens dubbele code, maar wel veel verschillende bruikbare classes met (deels) andere eigenschappen. Opdracht 5: Ga weer verder met je code uit opdracht 3. Maak een nieuwe class Boss en zorg dat dit een kindklasse is van de bestaande Enemy class. De Boss class erft nu dus alle variabelen en methoden van de Enemy class. Voeg de volgende dingen toe aan je Boss class: a. Een beetje eindbaas is natuurlijk ontzettend evil. Voeg een nieuwe methode evil_laugh() toe die Muhahahahah!! op het scherm afdrukt. b. De Boss class heeft een speciale eigenschap (het is tenslotte een eindbaas!) die hem moeilijker te verslaan maakt. Voeg een class variable met de naam shield toe aan de Boss. De waarde van shield is 3. c. Override de attack() methode die geërfd is van Enemy. Deze moet in de basis hetzelfde doen als de originele attack() methode van Enemy, maar met de volgende toevoeging: Als de Boss geraakt wordt en zijn shield variabele is groter dan 0, dan heeft hij 50% kans om de aanval af te weren en dus 0 schade te krijgen. Als dat gebeurt wordt zijn shield variabele met 1 verlaagd. (Zo kan hij dit maar 3x in totaal doen). Er wordt ook een melding afgedrukt dat de aanval geblokt is. Test je Boss door weer een gevecht te organiseren tussen een Boss en een Enemy., zoals je bij opdracht 3 gedaan hebt. Probeer ook eens een Boss tegen een Boss. 7

8 2.5 MEERVOUDIGE OVERERVING Bij overerving ben je niet beperkt tot 1 parent class. Een nieuwe klasse kan variabelen en functies erven van meerdere klassen tegelijk. Een voorbeeld zie je in het volgende filmpje: Thenewboston tutorial 33: Multiple inheritance Hierin zie je: - Het erven van functies uit 2 verschillende classes Opdracht 6: Ga verder met de code uit opdracht 5. In het spel zijn er verschillende dingen die tijdelijk onzichtbaar kunnen worden. Niet alle Enemies kunnen het, dus het kan geen eigenschap van de Enemy class zijn. Eindbazen kunnen het wel dus je zou het als eigenschap van de eindbaas kunnen toevoegen. Maar er zijn ook items die het kunnen (al hebben we die nog niet geïmplementeerd). Om te voorkomen dat we code dubbel moeten schrijven, kiezen we voor de volgende oplossing: Schrijf een nieuwe class Invisible(). Deze class introduceert een class-variabele visible die de waarde True krijgt. De class heeft ook 2 methoden: make_visible() en make_invisible(). Deze methoden passen de waarde van de visible variabele aan in respectievelijk True en False. Zorg nu dat je Boss class ook een kind is van de Invisible class (en nog steeds van Enemy natuurlijk) en test of je een instantie van Boss zichtbaar en onzichtbaar kunt maken. Een aantal dingen komen nog niet naar voren in het eenvoudige voorbeeld van het filmpje. Multiple inheritance is in sommige gevallen zeker handig, maar kan ook vaak voor problemen zorgen MULTIPLE INHERITANCE PROBLEEM 1: CONFLICTERENDE METHODEN Bij meervoudige overerving kunnen gemakkelijk conflicten ontstaan. Bekijk het volgende voorbeeldje: class Papa: def zeg_hallo(self): print "Hallo!" class Mama: def zeg_hallo(self): print "Hoi!" class Kind(Papa, Mama): def slaap(self): print "Zzzz" henkie = Kind() henkie.zeg_hallo() 8

9 Hier erft de Kind klasse dezelfde methode van 2 verschillende ouder klassen. Wat zou de uitvoer zijn bij de laatste regel? Het goede antwoord is Hallo!. Bij een conflict zoals hier, worden de parent classes op volgorde bekeken. Omdat de Kind klasse hier als eerste van de Papa class erft (die staat als eerste in zijn lijstje), zal daarvan de zeg_hallo() methode worden overgenomen. Je kunt je voorstellen dat dit voor problemen kan zorgen MULTIPLE INHERITANCE PROBLEEM 2: MEERDERE INIT () METHODEN Het probleem van conflicterende methoden van de vorige paragraaf wordt nog erger als beide ouders een init () methode hebben. Immers maar 1 van deze init () methoden wordt overgenomen door de kindklasse. Hierdoor kunnen zelfs verkeerd ingestelde variabelen ontstaan in de kindklasse. De init () methodes van beide ouders waren er immers niet voor niets. Ze zetten allerlei startwaarden goed en dat gebeurt nu misschien niet meer. Er zijn manieren om dit probleem te omzeilen (de init () methode overriden in de kindklasse is een optie), maar die vallen voor nu buiten de stof. In de praktijk wordt multiple inheritance niet veel gebruikt omdat het (zoals hierboven kort besproken) vaak meer problemen introduceert dan het oplost. In sommige specifieke gevallen is het nuttig en het is goed te weten dat het kan, maar wees er voorzichtig mee 9

10 2.6 GEAVANCEERD OVERRIDEN (Geen filmpje bij dit stukje stof helaas ) OPFRISSER We hebben gezien dat methodes die een kindklasse erft vervangen kunnen worden door nieuwe versies ervan: overriding. Nog even een simpel voorbeeldje over hoe dat ook alweer zat: class Papa: def slaap(self): print "Zzzzz" def zeg_hallo(self): print "Hallo allemaal!" class Kind(Papa): def zeg_hallo(self): print "Yolo matties!" fred = Papa() henkie = Kind() fred.slaap() fred.zeg_hallo() henkie.slaap() henkie.zeg_hallo() uitvoer: Zzzzz Hallo allemaal! Zzzzz Yolo matties! De Papa class definieert 2 functies die worden geërfd door de Kind klasse: slaap() en zeg_hallo(). In de Kind klasse wordt de zeg_hallo() functie vervangen door een nieuwe versie. In de uitvoer kun je zien dat bij het kind de slaap() functie ongewijzigd is overgenomen en de zeg_hallo() vervangen is. 10

11 2.6.2 METHODEN VAN JE PARENT AANROEPEN Hoewel het fijn is dat je methoden die je geërfd hebt kunt vervangen, gooi je daarmee soms ook veel nuttige code weg. Je schrijft namelijk de hele methode opnieuw, terwijl je soms gewoon een kleine toevoeging wilt doen aan de geërfde methode. Om dit te bereiken kun je de code van een methode van je parent weer oproepen als je als kindklasse de methode overschrijft. Bekijk het volgende voorbeeld: class Persoon: def init (self, voor, achter): self.voornaam = voor self.achternaam = achter def wie_ben_ik(self): print "Mijn naam is", self.voornaam, self.achternaam class Medewerker(Persoon): def init (self, voor, achter, stafnr): Persoon. init (self, voor, achter) self.stafnummer = stafnr def wie_ben_ik(self): Persoon.wie_ben_ik(self) print "en mijn stafnummer is:", self.stafnummer x = Persoon("Frits", "Worschtenbroodt") y = Medewerker("Hendrik", "Appelentaerte", 104) x.wie_ben_ik() y.wie_ben_ik() uitvoer: Mijn naam is Frits Worschtenbroodt Mijn naam is Hendrik Appelentaerte en mijn stafnummer is: 104 In de code zie je 2 klassen: Persoon en Medewerker. Medewerker is een kindklasse van Persoon en erft zowel de init () methode als de wie_ben_ik() methode van Persoon. Beide methoden worden in Medewerker overschreven door een nieuwe versie, maar op een andere manier dan tot nu: De code uit de originele methode van de parent wordt hierbij steeds eerst aangeroepen (Persoon. init (self, voor, achter) en Persoon.wie_ben_ik(self)) en vervolgens worden er nog dingen aan toegevoegd. De schrijfwijze hiervan lijkt op het gewoon aanroepen van een methode met 2 verschillen: 11

12 - Je noemt de naam van de parent-klasse (in dit geval Persoon) in plaats van de naam van de instantie - De self parameter moet ook worden opgegeven Bekijk de code goed en zorg dat je goed begrijpt hoe het aanroepen van een methode van de parent werkt. Opdracht 7: Ga verder met je code uit opgave 6. a: In opgave 5 heb je de Boss class toegevoegd als subclass van Enemy. Hierbij is de attack() methode van de Boss een override van die van de Enemy. Hierbij heb je veel code herhaald (de Boss doet hetzelfde als de Enemy, maar heeft een kans op het gebruik van zijn shield) Verbeter je code door bij deze attack() methode alle dubbele code bij de Boss versie weg te halen en deze te vervangen door een aanroep van de attack van zijn parent (de Enemy). Zorg wel dat de Boss zijn shield kan blijven gebruiken natuurlijk. b: De Boss class erft de init () method van Enemy(). We willen nu ook de waarde van de shield variabele van de Boss kunnen instellen bij het maken van een Boss object. Override de init () methode van Enemy(). Roep in de nieuwe init () van Boss de originele init () van de Enemy aan en voeg het instellen van de shield variabale toe. 12

13 3 ERROR HANDLING 3.1 INLEIDING PROGRAMMING TODAY IS A RACE BETWEEN SOFTWARE ENGINEERS STRIVING TO BUILD BIGGER AND BETTER IDIOT- PROOF PROGRAMS, AND THE UNIVERSE TRYING TO PRODUCE BIGGER AND BETTER IDIOTS. SO FAR, THE UNIVERSE IS WINNING. - RICK COOK Gebruikers doen niet altijd wat je verwacht (en eerlijk is eerlijk: als programmeur is het ook niet altijd te overzien op welke manieren je code gebruikt gaat worden, die maken ook fouten), dus de kans dat er tijdens de uitvoering van een programma wel eens een fout optreedt is groot. Dit is op zichzelf geen ramp, als er maar op een goede manier mee wordt omgegaan in de code. Een programma dat er halverwege mee ophoudt met een of andere obscure error die de gebruiker niet snapt is altijd een slechte zaak. De oplossing: Error handling Het basisprincipe van error handling is eigenlijk vrij eenvoudig: - Je moet erop verdacht zijn welke delen van je code tot fouten kunnen leiden bij (verkeerd) gebruik. - Aan deze delen voeg je een speciale pythonconstructie toe die de fouten vangt. - Bij het vangen van een fout, schrijf je code die voorkomt dat het programma crasht op de fout. - Eventueel voorzie de je de gebruiker van nuttige feedback (duidelijke foutmelding) zodat deze actie kan ondernemen. 13

14 3.2 SOORTEN FOUTMELDINGEN Laten we eerst maar eens wat dingen expres mis laten lopen om een beetje een gevoel te krijgen wat er zoal stuk kan gaan. Opdracht 8: Voer de volgende opdrachten uit en noteer wat de foutmelding is. Probeer ook te begrijpen wat de foutmelding zegt en leg uit wat er precies mis gaat. a. Voer de volgende code uit. Wat gaat er mis en waarom? lijst = [1, 2, 3] print lijst[6] b. Voer de volgende code uit. Geef verschillende getallen als invoer. Probeer dan ook eens het getal 0 als invoer. Wat gaat er mis en waarom? deler = int(raw_input("met hoeveel personen ga je een taart delen? ")) stuk = 1.0 / deler print "Dan krijgt iedereen", stuk, "stuk taart" c. Voer de code uit vraag b nog eens uit, maar in plaats van een getal voer je een stuk tekst in zoals appeltaart. Wat gaat er mis en waarom? d. Voer de volgende code uit. Voer verschillende getallen in. Het werkt niet, waarom? (kijk goed naar de foutmelding): getal = raw_input("geef een getal: ") uitkomst = 2 + getal print "De uitkomst is:", uitkomst e. Leg uit wat er mis gaat bij het maken van het nieuwe object mijntaart: class Appeltaart: calorieen = 2500 def init (self, aantal_stukken): self.stukken = aantal_stukken mijntaart = Appeltaart() Je hebt nu een aantal foutmeldingen uitgeprobeerd. Er zijn er nog (heel) veel meer (kijk voor de grap maar eens naar de hele lijst). Dat python onderscheid maakt tussen zoveel verschillende foutmeldingen is een goede zaak. Zoals we gaan zien kun je fouten vangen en afhandelen. Hierbij kun je verschillende soorten fouten op een verschillende manier behandelen en voor elke fout de juiste oplossing inbouwen. 14

15 3.3 EXCEPTIONS Ìn de vorige paragraaf heb je (expres) een aantal fouten veroorzaakt. Het optreden van zo n fout heet in Python een Exception (uitzondering). Deze exceptions kun je vangen en zorgen dat ze op een nette manier worden afgehandeld in plaats van met een crytptische foutmelding en een onderbroken programma. Bekijk het volgende filmpje: Thenewboston tutorial 28: Exceptions Hierin leer je: - Try block - Catch blok met specifieke Exceptions - Catch blok met algemene Exceptions - Finally block Opdracht 9: Ga verder met je code van opdracht 7. a. Breid de constructor ( init () ) van Enemy uit, zodat de Enemy (en de Boss dankzij overerving ook) een naam krijgt. Dit is simpelweg een string variabele die in de class wordt opgeslagen. b. We gaan nu de gebruiker bij je code betrekken (oei, weten we dat zeker?). Laat de gebruiker een gevecht organiseren tussen 2 Enemies/Bosses. Hiervoor ga je de gebruiker steeds keuzes aanbieden. Bijvoorbeeld: Wat is deelnemer 1? Kies 1 voor Enemy en 2 voor Boss Wat is de naam van deelnemer 1? Op deze manier bepaalt de gebruiker alle eingeschappen van de 2 deelnemers. Deze laat je tegen elkaar vechten zoals voorheen en drukt steeds de tussenstand van het gevecht af. Gebruik ook de naam van de deelnemers bij het afdrukken van de informatie De gebruiker kan natuurlijk allerlei fouten maken. Zorg dat je met loops en try except blokken alle fouten netjes vangt, zodat de gebruiker je programma niet meer stuk kan maken. 15

16 4 EXTRA: EINDPROJECT(JE) Je hebt nu kennis van Objecten in python en weet de weg in error handling. Hierbij word je aangemoedigd om verder te experimenteren met de dingen die je geleerd hebt om het je nog verder eigen te maken (en gewoon voor de leuk natuurlijk). Probeer het eens in de praktijk te brengen met een eindproject. Je kunt de vechtsimulatie van de voorgaande opdrachten natuurlijk verder uitbreiden met meer opties. Denk aan: - Meer soorten Enemies (subclasses) met meer verschillende eigenschappen - Meer gebruikers interactie (welke aanval?) - Meerdere enemies tegelijk (arena) - - Je zou ook bijvoorbeeld een tekst adventure spel kunnen maken dat de speler random vijanden voorschotelt, die met verschillende aanvallen verslagen kunnen worden (denk aan een soort Pokémon) Je zou dan bijvoorbeeld (een deel van) de volgende classes kunnen implementeren: - Player class, met bijvoorbeeld o Health, o Mana o Xp, o Level o Etc - Enemy class (en subclasses) met bijvoorbeeld: o Damage o Hp o Skills o Etc. - Item class met subclasses voor verschillende soorten items - NPC class - Skills - 16

17 5 LINKS EN VERVOLGSUGGESTIES Geen genoeg van Python? Er valt nog oneindig veel te leren. Zowel over mogelijkheden van de taal Python zelf als over programmeren en algoritmiek in het algemeen. Een aantal suggesties voor verdere studie (geen toetsstof uiteraard) - The Hitchhikers guide to Python Onofficiele handleiding over alles wat met Python te maken heeft. Van installatie tot goede programmeerstijlen - Thenewboston youtube tutorials Een aantal filmpjes stonden gelinkt in dit boekje. De hele playlist is nuttig (let op: wel Python 3, maar de verschillen met Python 2 zijn klein) - Learn Python the hard way Goed boek over het keren van Python 17