Add chapter 09.

09kapitel/091 Dateien.ipynb

@@ -0,0 +1,404 @@
+{
+ "cells": [
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "# Software Entwicklung \n",
+    "\n",
+    "## Kapitel 9: IO\n",
+    "\n",
+    "Unter *IO* (Input/Output) versteht man alle Mechanismen,\n",
+    "die mit dem Ausleiten von Daten aus einem Programm\n",
+    "bzw. dem Einlesen von Daten in ein Programm zusammenhängen."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "### 9.1 Zeichenkodierung\n",
+    "\n",
+    "Möchte ein Programm Daten senden (z.B. in eine Datei\n",
+    "oder über eine Netzwerkverbindung) oder diese empfangen,\n",
+    "werden letztendlich Bytes übertragen. Handelt es sich bei den\n",
+    "Daten um Text - also lesbare Zeichen - so muss durch eine\n",
+    "Zeichenkodierung (engl. *encoding*) festgelegt werden,\n",
+    "wie dieser Text auf Bytes abgebildet wird.\n",
+    "\n",
+    "Ein sehr übliches Kodierungsschema ist *UTF-8*. Darin werden\n",
+    "die Zahlen 0 bis 127 analog zum alten ASCII-Standard\n",
+    "insbesondere für grundlegende lateinische Zeichen in\n",
+    "Groß- und Kleinschrift verwendet. Alle übrigen Zeichen wie\n",
+    "z.B. deutsche Umlaute, chinesische Schriftzeichen,\n",
+    "Emojis etc. werden durch größere Zahlen ggf. mit mehreren\n",
+    "Bytes codiert. Die Zuordnung der Zahlen zu den Zeichen\n",
+    "ist durch den [*Unicode*-Standard](http://www.unicode.org/)\n",
+    "festgelegt."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Möchte man eine Python-Zeichenkette in eine Unicode-Bytefolge\n",
+    "übertragen, so kann dafür die Methode <code>encode</code> der Klasse\n",
+    "*str* (String) verwendet werden."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "text = \"Nürnberg ist schön\"\n",
+    "print(f\"Länge {len(text)}\")\n",
+    "utf8 = text.encode(\"utf-8\")\n",
+    "print(utf8)\n",
+    "print(f\"Länge {len(utf8)}\")"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "-"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Das vorangestellte <code>b</code> signalisiert, dass es sich\n",
+    "hier um eine Bytefolge handelt."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "print(type(utf8))"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Eine solche Bytefolge kann auch wieder in einen\n",
+    "Textstring verwandelt werden. Dazu besitzt die\n",
+    "Klasse *bytes* die Methode <code>decode</code>."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "decoded_text = utf8.decode(\"utf-8\")\n",
+    "print(decoded_text)\n",
+    "print(f\"Länge {len(decoded_text)}\")\n"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "### 9.2 Dateien\n",
+    "\n",
+    "Unter *Textdateien* verstehen wir Dateien, die\n",
+    "mit einem Texteditor erzeugt und bearbeitet werden können.\n",
+    "Der Inhalt sind lesbare Zeichen, die meist\n",
+    "in Zeilen organisiert sind. Um sie auf einem\n",
+    "Speichermedium abzulegen, müssen die Zeichen\n",
+    "in Bytes konvertiert bzw. beim Lesen\n",
+    "rückübertragen werden.\n",
+    "\n",
+    "*Binärdateien* sind Dateien, für die keine Kodierung\n",
+    "stattfinden soll (z.B. Bilder).\n",
+    "\n",
+    "Python besitzt bereits im Standard Funktionen, Klassen und Methoden,\n",
+    "die das Lesen und Schreiben von Dateien sowie das Übertragen\n",
+    "von Text in Bytes (und zurück) unterstützen."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Einstiegspunkt ist die Built-In-Funktion <code>open</code>, die ein\n",
+    "Dateiobjekt zurückliefert. Die Parameter von <code>open</code> sind\n",
+    "der *Dateiname* (ggf. inkl. Pfad) und der *Bearbeitungsmodus*\n",
+    "sowie weitere, weniger gebräuchliche optionale Parameter.\n",
+    "\n",
+    "\n",
+    "| *Bearbeitungsmodus*  | *Bedeutung*                                        |\n",
+    "|:--------------------:|----------------------------------------------------|\n",
+    "| 'r'                  | Die Datei wird gelesen (muss bereits existieren)   |\n",
+    "| 'w'                  | Die Datei wird geschrieben (vorhandene Datei wird überschrieben)   |\n",
+    "| 'a'                  | Die Datei wird geschrieben (neuer Inhalt wird angehängt)   |\n",
+    "| 'r+'                 | Die Datei wird gelesen und geschrieben  |\n",
+    "\n",
+    "Standardmäßig finden die Lese- und Schreiboperationen mit der Standard-Kodierung des verwendeten Betriebssystems statt. Soll die Kodierung unterbleiben, muss an den Bearbeitungsmodus ein <code>'b'</code>\n",
+    "(für binär) angehängt werden."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "-"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "f = open(\"091a Textdatei\", \"r\")"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Das auf diese Weise erhaltene Dateiobjekt kann für (je nach\n",
+    "Bearbeitungsmodus) für das Lesen und Schreiben benutzt werden.\n",
+    "Die Methode <code>read</code> ohne Angabe eines Parameter\n",
+    "liest den gesamten Inhalt der Datei ein\n",
+    "(Vorsicht: nur bei kleinen Dateien ratsam, da speicherintensiv)."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "content = f.read()\n",
+    "print(content)"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Jedes geöffnete Dateiobjekt muss auch wieder geschlossen werden,\n",
+    "da andernfalls Betriebssystemressourcen dauerhaft belegt bleiben."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "print(f.closed)\n",
+    "f.close()\n",
+    "print(f.closed)"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Sollte eine Textdatei in einer anderen Kodierung als die Standard-Kodierung vorliegen, kann die gewünschte Kodierung mittels des Parameters <code>encoding</code> angegeben werden. Mit <code>encoding=None</code> wird wieder die Standard-Kodierung gewählt, was dem Standardwert und damit dem Weglassen des Parameters entspricht. Im folgenden Beispiel wird eine Textdatei geladen, die im UTF-8-Format vorliegt. Die Standard-Kodierung auf Windows weicht allerdings davon ab, wie man an den Umlauten erkennen kann."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {},
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "f = open(\"utf8_text\", \"r\", encoding=None)\n",
+    "content = f.read()\n",
+    "print(content)\n",
+    "f.close()"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "### 9.3 Kontextmanager\n",
+    "\n",
+    "Die strenge Verpflichtung, jede Datei auch zu schließen, ist\n",
+    "gelegentlich nicht einfach zu erfüllen. Falls z.B. eine\n",
+    "Exception auftritt und die Abarbeitungsreihenfolge\n",
+    "abgebrochen wird, ist trotzdem *close* aufzurufen."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "-"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "try:\n",
+    "    f = open(\"091a Textdatei\", \"r\")\n",
+    "    z = 1 / 0\n",
+    "    # f.close() würde nicht erreicht!\n",
+    "except:\n",
+    "    print(\"Fehler!\")\n",
+    "finally:\n",
+    "    f.close()\n",
+    "print(f.closed)"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Python bietet für dieses Problem den *Kontextmanager* an. Er\n",
+    "initialisiert einen *Kontext* für ein Objekt, führt einen\n",
+    "Codeblock in diesem Kontext aus und räumt beim Verlassen\n",
+    "des *Kontext* belegte Ressourcen auf.\n",
+    "\n",
+    "Das Schlüsselwort für den Beginn eines *Kontext* ist <code>with</code>."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "with open(\"091a Textdatei\", \"r\") as f:\n",
+    "    print(f.read())\n",
+    "    print(f.closed)\n",
+    "\n",
+    "print(f.closed)"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Wie ist das realisiert? Tatsächlich nutzt der\n",
+    "*Kontextmanager* die beiden *dunder*-Methoden\n",
+    "<code>\\_\\_entry\\_\\_</code> und <code>\\_\\_exit\\_\\_</code>.\n",
+    "Die Methode <code>\\_\\_entry\\_\\_</code> wird beim Betreten des\n",
+    "Kontext aufgerufen, die Methode <code>\\_\\_exit\\_\\_</code> beim\n",
+    "Verlassen oder beim Auftreten einer nicht behandelten Exception.\n",
+    "\n",
+    "Beim Datei-Objekt von Python wird in der\n",
+    "<code>\\_\\_exit\\_\\_</code>-Methode sichergestellt, dass die\n",
+    "Datei geschlossen wird.\n",
+    "\n",
+    "Durch Überschreiben der Methoden können auch eigene Klassen\n",
+    "sinnvoll mit einem *Kontextmanager* zusammenarbeiten.\n",
+    "\n",
+    "\n"
+   ]
+  }
+ ],
+ "metadata": {
+  "celltoolbar": "Slideshow",
+  "kernelspec": {
+   "display_name": "Python 3 (ipykernel)",
+   "language": "python",
+   "name": "python3"
+  },
+  "language_info": {
+   "codemirror_mode": {
+    "name": "ipython",
+    "version": 3
+   },
+   "file_extension": ".py",
+   "mimetype": "text/x-python",
+   "name": "python",
+   "nbconvert_exporter": "python",
+   "pygments_lexer": "ipython3",
+   "version": "3.9.9"
+  }
+ },
+ "nbformat": 4,
+ "nbformat_minor": 1
+}

09kapitel/091a Textdatei

@@ -0,0 +1,9 @@
+1. Zeile
+2. Zeile
+3. etwas längere Zeile
+4. Zeile - hört das nie auf?
+5. Zeile - langsam wird es langweilig
+6. Zeile
+7. Zeile
+8. Zeile
+9. letzte Zeile

09kapitel/092 Lesen.ipynb

@@ -0,0 +1,215 @@
+{
+ "cells": [
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "# Software Entwicklung \n",
+    "\n",
+    "## Kapitel 9: IO\n",
+    "\n",
+    "### 9.4 Dateien lesen\n",
+    "\n",
+    "Bei großen Dateien sollte vom vollständigen Einlesen mittels\n",
+    "<code>read</code> Abstand genommen werden, weil dann\n",
+    "der gesamte Dateiinhalt im Speicher gehalten werden muss.\n",
+    "Vielmehr sollte in diesem Fall der Inhalt sukzessive eingelesen\n",
+    "werden."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Zu diesem Zweck kann <code>read</code> mit einem Parameter\n",
+    "aufgerufen werden, der die maximale Anzahl Bytes angibt,\n",
+    "die gelesen werden sollen."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "with open(\"091a Textdatei\", \"r\") as f:\n",
+    "    block_size = 10\n",
+    "    block = f.read(block_size)\n",
+    "\n",
+    "    while len(block)>0:\n",
+    "        print(block, end='*')\n",
+    "        block = f.read(block_size)"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Man kann sich das schrittweise Einlesen der Datei mit Hilfe\n",
+    "eines Schreib-/Lesekopfs vorstellen, der sich\n",
+    "entlang eines Stroms von Bytes bzw. Zeichen bewegt.\n",
+    "Jeder Lesevorgang bewegt den Kopf um die Anzahl der\n",
+    "gelesenen Zeichen vorwärts. Die Position des Kopfs\n",
+    "innerhalb der Datei kann mittels <code>tell</code>\n",
+    "ermittelt werden."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "with open(\"091a Textdatei\", \"r\") as f:\n",
+    "    block_size = 10\n",
+    "    block = f.read(block_size)\n",
+    "\n",
+    "    while len(block)>0:\n",
+    "        print(block, end='')\n",
+    "        pos = f.tell()\n",
+    "        print(f\"<{pos}>\", end='')\n",
+    "        block = f.read(block_size)"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Die Position des Schreib-/Lesekopfs lässt sich auch\n",
+    "durch die Methode <code>seek</code> verändern."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "with open(\"091a Textdatei\", \"r\") as f:\n",
+    "    f.seek(110)\n",
+    "    print(f.read())"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Textdateien sind i.d.R. in Zeilen aufgeteilt, die jeweils\n",
+    "mit einem Zeilenendezeichen abschließen. Die Methode\n",
+    "<code>readline</code> liest aus einer Textdatein\n",
+    "die Daten bis zum nächsten Zeilenende."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "with open(\"091a Textdatei\", \"r\") as f:\n",
+    "    line = f.readline()\n",
+    "    while len(line)>0:\n",
+    "        print(line, end='')\n",
+    "        line = f.readline()"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Diese häufig benötigte Variante des Lesens einer Textdatei\n",
+    "kann in Python auch mittels einer <code>for</code>-Schleife\n",
+    "realisiert werden."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "with open(\"091a Textdatei\", \"r\") as f:\n",
+    "    for line in f:\n",
+    "        print(line, end='')"
+   ]
+  }
+ ],
+ "metadata": {
+  "celltoolbar": "Slideshow",
+  "kernelspec": {
+   "display_name": "Python 3 (ipykernel)",
+   "language": "python",
+   "name": "python3"
+  },
+  "language_info": {
+   "codemirror_mode": {
+    "name": "ipython",
+    "version": 3
+   },
+   "file_extension": ".py",
+   "mimetype": "text/x-python",
+   "name": "python",
+   "nbconvert_exporter": "python",
+   "pygments_lexer": "ipython3",
+   "version": "3.9.9"
+  }
+ },
+ "nbformat": 4,
+ "nbformat_minor": 1
+}

09kapitel/093 Schreiben.ipynb

@@ -0,0 +1,160 @@
+{
+ "cells": [
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "# Software Entwicklung \n",
+    "\n",
+    "## Kapitel 9: IO\n",
+    "\n",
+    "### 9.4 Dateien schreiben\n",
+    "\n",
+    "Voraussetzung dafür, dass in eine Datei geschrieben werden kann,\n",
+    "ist ein passender Bearbeitungsmodus."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "with open(\"093a Textdatei\", \"w\") as f:\n",
+    "    f.write(\"Nürnberg ist schön!\")\n",
+    "\n",
+    "with open(\"093a Textdatei\", \"r\") as f:\n",
+    "    print(f.read())"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Wird der Schreib-/Lesekopf zurückgesetzt, kann der bestehende Inhalt überschrieben werden."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "with open(\"093a Textdatei\", \"w\") as f:\n",
+    "    f.write(\"Nürnberg ist nice!\")\n",
+    "    pos = f.tell()-5\n",
+    "    f.seek(pos)\n",
+    "    f.write(\"schön!\")\n",
+    "\n",
+    "with open(\"093a Textdatei\", \"r\") as f:\n",
+    "    print(f.read())"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Durch den Bearbeitungsmodus <code>'r+'</code> ist es auch\n",
+    "möglich, mit einem Datei-Objekt zu lesen und zu schreiben."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "with open(\"093a Textdatei\", \"r+\") as f:\n",
+    "    f.write(\"Nürnberg ist nice!\")\n",
+    "    pos = f.tell()-5\n",
+    "    f.seek(pos)\n",
+    "    f.write(\"schön!\")\n",
+    "    f.seek(0)\n",
+    "    print(f.read())"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Anders als bei <code>print</code> wird bei <code>write</code>\n",
+    "kein Zeilenwechsel angehängt; es muss also ggf. selbst\n",
+    "hinzugefügt werden."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "with open(\"093a Textdatei\", \"r+\") as f:\n",
+    "    f.write(\"Zeile 1\")\n",
+    "    f.write(\"Zeile 2\\n\")\n",
+    "    f.write(\"Zeile 3\\n\")\n",
+    "    f.seek(0)\n",
+    "    print(f.readline())"
+   ]
+  }
+ ],
+ "metadata": {
+  "celltoolbar": "Slideshow",
+  "kernelspec": {
+   "display_name": "Python 3 (ipykernel)",
+   "language": "python",
+   "name": "python3"
+  },
+  "language_info": {
+   "codemirror_mode": {
+    "name": "ipython",
+    "version": 3
+   },
+   "file_extension": ".py",
+   "mimetype": "text/x-python",
+   "name": "python",
+   "nbconvert_exporter": "python",
+   "pygments_lexer": "ipython3",
+   "version": "3.9.9"
+  }
+ },
+ "nbformat": 4,
+ "nbformat_minor": 1
+}

09kapitel/094 Uebung.ipynb

@@ -0,0 +1,108 @@
+{
+ "cells": [
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "\n",
+    "Gegeben ist eine binäre Grafikdatei <code>ohm.png</code>."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "from IPython.display import Image\n",
+    "Image(filename=\"ohm.png\")"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "_Aufgabe 1_\n",
+    "\n",
+    "Erstellen Sie ein Python-Programm, dass diese Datei in eine zweite\n",
+    "Datei <code>logo.png</code> kopiert. Übertragen Sie die Daten bitte\n",
+    "in 32 Byte Paketen."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {},
+   "outputs": [],
+   "source": []
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "from IPython.display import Image\n",
+    "\n",
+    "\n",
+    "with open(\"ohm.png\", \"rb\") as source_file:\n",
+    "    with open(\"logo.png\", \"wb\") as dest_file:\n",
+    "        buffer_size = 32\n",
+    "        buffer = source_file.read(buffer_size)\n",
+    "        while len(buffer)>0:\n",
+    "            dest_file.write(buffer)\n",
+    "            buffer = source_file.read(buffer_size)\n",
+    "\n",
+    "\n",
+    "Image(filename=\"logo.png\")"
+   ]
+  }
+ ],
+ "metadata": {
+  "celltoolbar": "Slideshow",
+  "kernelspec": {
+   "display_name": "Python 3 (ipykernel)",
+   "language": "python",
+   "name": "python3"
+  },
+  "language_info": {
+   "codemirror_mode": {
+    "name": "ipython",
+    "version": 3
+   },
+   "file_extension": ".py",
+   "mimetype": "text/x-python",
+   "name": "python",
+   "nbconvert_exporter": "python",
+   "pygments_lexer": "ipython3",
+   "version": "3.9.9"
+  }
+ },
+ "nbformat": 4,
+ "nbformat_minor": 1
+}

09kapitel/095 Sockets.ipynb

@@ -0,0 +1,186 @@
+{
+ "cells": [
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "# Software Entwicklung \n",
+    "\n",
+    "## Kapitel 9: IO\n",
+    "\n",
+    "### 9.5 Sockets\n",
+    "\n",
+    "So wie der Begriff *Datei* eine griffige Bezeichnung für eine Ansammlung dauerhaft gespeicherter Bytes ist, wird\n",
+    "mit *Socket* ein Endpunkt für Netzwerkverbindungen bezeichnet.\n",
+    "Die Kommunikation findet zwischen zwei Sockets *bidirektional* statt, d.h. über jedes Socket können Bytes versendet\n",
+    "und empfangen werden."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Sockets stehen in Python durch das Standard-Modul <code>sockets</code> zur Verfügung. Wie schon Dateien belegen auch\n",
+    "Sockets Betriebssystem-Ressourcen, so dass die Verwendung eines Kontextmanagers ratsam ist."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "import socket\n",
+    "\n",
+    "with socket.socket() as s:\n",
+    "    pass"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "#### 9.5.1 Client-Server-Modell\n",
+    "\n",
+    "Zwar sind bei einer bestehenden Kommunikationsverbindung zwischen zwei Sockets die beiden Sockets prinzipiell\n",
+    "gleichberechtigt, jedoch gibt es Unterschiede beim Kommunikationsaufbau.\n",
+    "\n",
+    "* Ein *Server-Socket* verhält sich passiv, d.h. es wartet auf eingehende Verbindungsanfragen. Trifft eine solche\n",
+    "  ein, generiert es ein weiteres Socket, das fest dieser Verbindung zugeordnet wird und über das die\n",
+    "  anschließende Kommunikation abgewickelt wird. Das *Server-Socket* selbst verbleibt im Wartezustand.\n",
+    "\n",
+    "* Ein *Client-Socket* übernimmt den aktiven Part. Es kontaktiert das *Server-Socket* und geht selbst die\n",
+    "  Verbindung mit dem daraufhin bereitgestellten Socket ein."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Die Verbindungsaufnahme folgt einem vorgegebenen Ablauf aus definierten Schritten (auch: *Kommunikationsprimitive*).\n",
+    "\n",
+    "![Verbindungsaufnahme mit Kommunkationsprimitiven](../img/Primitive.png \"Kommunikationsprimitive\")"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "#### 9.5.2 Server-Socket\n",
+    "\n",
+    "Ein *Server-Socket* ist eindeutig festgelegt durch das Protokoll (z.B. TCP oder UDP), den Rechner\n",
+    "(z.B. durch dessen IP-Adresse) und eine Portnummer. Letztere dient dazu, dass mehrere Server-Sockets gleichzeitig\n",
+    "auf einem Rechner existieren können, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.\n",
+    "\n",
+    "So gibt es z.B. auf dem Server <code>medinf.efi.th-nuernberg.de</code> mehrere Server-Sockets,\n",
+    "die permanent angesprochen werden können:\n",
+    "\n",
+    "* Port 22: Nimmt Secure-Shell-Anfragen entgegen\n",
+    "* Port 80: Nimmt HTTP-Anfragen entgegen\n",
+    "* Port 443: Nimmt HTTPS-Anfragen entgegen"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Das *Server-Socket* wird mit <code>bind</code> an einen bestimmten Port und eine\n",
+    "IP-Adresse (ggf. hat ein Rechner mehrere IP-Adressen) gebunden. Das Binden schlägt fehl, wenn die\n",
+    "Kombination bereits von einem anderen Socket belegt ist.\n",
+    "\n",
+    "Anschließend beginnt das *Server-Socket* mit <code>listen</code> zu lauschen. Das Primitiv <code>accept</code>\n",
+    "blockiert den Server, bis ein *Client-Socket* Verbindung aufnimmt. Damit entsteht ein weiteres Socket mit\n",
+    "einer vom System vergebenen Portnummer, das dediziert nur für die Verbindung mit diesem Client verwendet wird.\n",
+    "\n",
+    "Über dieses neue Socket folgen danach Primitive zum Senden\n",
+    "<code>send</code> und Empfangen <code>receive</code> von Nachrichten. Anzahl und Abfolge sind\n",
+    "für Sockets nicht festgelegt, müssen aber zwischen Client und Server abgestimmt sein. So legt z.B.\n",
+    "das auf Sockets aufsetzende Protokoll HTTP fest, dass zunächst eine Nachricht vom Client\n",
+    "an den Server (*HTTP-Request*) und anschließend eine Nachricht vom Server an den Client\n",
+    "(*HTTP-Response*) gesendet wird. Während in der ersten Version von HTTP danach die\n",
+    "Verbindung wieder abgebaut wurde, ist es aktuellen Versionen möglich, dieses Abfolge\n",
+    "wiederholt über eine bestehende Verbindung abzuwickeln."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Eine etablierte Verbindung ist mit <code>close</code> zu schließen. Bei Verwendung eines\n",
+    "Kontextmanagers erfolgt dies automatisch.\n",
+    "\n",
+    "Auch das *Server-Socket* muss geschlossen werden, um das Binden an einen Port zu beenden\n",
+    "und den Port freizugeben."
+   ]
+  }
+ ],
+ "metadata": {
+  "celltoolbar": "Slideshow",
+  "kernelspec": {
+   "display_name": "Python 3 (ipykernel)",
+   "language": "python",
+   "name": "python3"
+  },
+  "language_info": {
+   "codemirror_mode": {
+    "name": "ipython",
+    "version": 3
+   },
+   "file_extension": ".py",
+   "mimetype": "text/x-python",
+   "name": "python",
+   "nbconvert_exporter": "python",
+   "pygments_lexer": "ipython3",
+   "version": "3.9.9"
+  }
+ },
+ "nbformat": 4,
+ "nbformat_minor": 1
+}

09kapitel/096 Server.ipynb

@@ -0,0 +1,102 @@
+{
+ "cells": [
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "# Software Entwicklung \n",
+    "\n",
+    "## Kapitel 9: IO\n",
+    "\n",
+    "### 9.5 Sockets"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "#### 9.5.3 Beispiel für einen Server"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "import socket\n",
+    "\n",
+    "with socket.socket() as server:      # Generieren eines Sockets\n",
+    "    host = socket.gethostname()      # Die eigene IP-Nummer\n",
+    "    port = 12345                     # Festlegen des Ports\n",
+    "    server.bind((host, port))        # Bind\n",
+    "    server.listen()                  # Listen (blockiert nicht)\n",
+    "    print(\"Ich lausche...\")\n",
+    "\n",
+    "    for contact in range(0, 10):\n",
+    "        connection, addr = server.accept()         # blockiert\n",
+    "        with connection:\n",
+    "            print('Verbindung von ', addr)\n",
+    "            msg = f'Danke für das Vorbeischauen, #{contact+1}!\\n'\n",
+    "            connection.send(msg.encode('utf-8'))   # Senden \n",
+    "\n",
+    "    print(\"Das wars!\")"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Textnachrichten, die über ein Socket versendet werden sollen, müssen in Bytes\n",
+    "umgewandelt werden.\n"
+   ]
+  }
+ ],
+ "metadata": {
+  "celltoolbar": "Slideshow",
+  "kernelspec": {
+   "display_name": "Python 3 (ipykernel)",
+   "language": "python",
+   "name": "python3"
+  },
+  "language_info": {
+   "codemirror_mode": {
+    "name": "ipython",
+    "version": 3
+   },
+   "file_extension": ".py",
+   "mimetype": "text/x-python",
+   "name": "python",
+   "nbconvert_exporter": "python",
+   "pygments_lexer": "ipython3",
+   "version": "3.9.9"
+  }
+ },
+ "nbformat": 4,
+ "nbformat_minor": 1
+}

09kapitel/097 Client.ipynb

@@ -0,0 +1,146 @@
+{
+ "cells": [
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "# Software Entwicklung \n",
+    "\n",
+    "## Kapitel 9: IO\n",
+    "\n",
+    "### 9.5 Sockets\n",
+    "\n",
+    "#### 9.5.4 Client-Socket\n",
+    "\n",
+    "Da das *Client-Socket* den Server kontaktiert, benötigt es die Adresse und den\n",
+    "Port des *Server-Sockets*. Mit <code>connect</code>\n",
+    "wird die Verbindung aufgebaut, sofern an der Gegenstelle ein Server\n",
+    "im Primitiv <code>accept</code> wartet.\n",
+    "\n",
+    "Danach folgen Primitive zum Senden\n",
+    "<code>send</code> und Empfangen <code>receive</code> von Nachrichten\n",
+    "in einer mit dem Server abgestimmten Reihenfolge.\n",
+    "\n",
+    "Abschließend ist die Verbindung mit <code>close</code> zu schließen. Bei Verwendung eines\n",
+    "Kontextmanagers erfolgt dies automatisch."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "#### 9.5.5 Beispiel für einen Client"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "import socket\n",
+    "\n",
+    "with socket.socket() as client:         # Generieren des Sockets\n",
+    "    host = socket.gethostname()         # Server-IP\n",
+    "    port = 12345                        # Server-Port\n",
+    "\n",
+    "    client.connect((host, port))        # Connect\n",
+    "    bytes = client.recv(1024)           # Receive\n",
+    "    print (bytes.decode('utf-8'))"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Möchte man ein Socket wie eine Datei behandeln, also statt <code>send</code> und\n",
+    "<code>recv</code> lieber <code>write</code> und <code>read</code> verwenden, so kann\n",
+    "mit <code>makefile</code> eine \"Hülle\" um das Socket gelegt werden, die die\n",
+    "(meisten) Funktionen für Dateien anbietet und übersetzt."
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "code",
+   "execution_count": null,
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%%\n"
+    }
+   },
+   "outputs": [],
+   "source": [
+    "import socket\n",
+    "\n",
+    "with socket.socket() as client:         # Generieren des Sockets\n",
+    "    host = socket.gethostname()         # Server-IP\n",
+    "    port = 12345                        # Server-Port\n",
+    "\n",
+    "    client.connect((host, port))        # Connect\n",
+    "    with client.makefile(encoding=\"utf-8\") as file:\n",
+    "        text = file.readline()\n",
+    "    print (text)"
+   ]
+  },
+  {
+   "cell_type": "markdown",
+   "metadata": {
+    "pycharm": {
+     "name": "#%% md\n"
+    },
+    "slideshow": {
+     "slide_type": "slide"
+    }
+   },
+   "source": [
+    "Textnachrichten, die über ein Socket empfangen werden, müssen aus den übertragenen Bytes\n",
+    "abgeleitet werden. Nutzt man die Dateischnittstelle, findet die Konvertierung dort statt.\n",
+    "\n",
+    "    "
+   ]
+  }
+ ],
+ "metadata": {
+  "celltoolbar": "Slideshow",
+  "kernelspec": {
+   "display_name": "Python 3 (ipykernel)",
+   "language": "python",
+   "name": "python3"
+  },
+  "language_info": {
+   "codemirror_mode": {
+    "name": "ipython",
+    "version": 3
+   },
+   "file_extension": ".py",
+   "mimetype": "text/x-python",
+   "name": "python",
+   "nbconvert_exporter": "python",
+   "pygments_lexer": "ipython3",
+   "version": "3.9.9"
+  }
+ },
+ "nbformat": 4,
+ "nbformat_minor": 1
+}

09kapitel/rise.css

@@ -0,0 +1,22 @@
+body.rise-enabled div.inner_cell>div.input_area {
+    font-size: 150%;
+}
+
+body.rise-enabled div.output_subarea.output_text.output_result {
+    font-size: 150%;
+}
+body.rise-enabled div.output_subarea.output_text.output_stream.output_stdout {
+  font-size: 150%;
+}
+
+body.rise-enabled div.output_subarea.output_html.rendered_html.output_result {
+  font-size: 150%;
+}
+
+body.rise-enabled td {
+  font-size: 120%;
+}
+
+body.rise-enabled th {
+  font-size: 120%;
+}

09kapitel/utf8_text

@@ -0,0 +1,5 @@
+Zeile 1
+Zeile 2
+Zeile 3
+Zeile 4 Hört das denn nie auf?
+Zeile 5