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Kapitel G06: Eigene Funktionen & Module 🪄📦

Willkommen zu Kapitel G06 unseres Python-Grundlagen-Lehrpfads! Dieses Kapitel entspricht den Modulen 05.0 & 05.1 deines Informatik-Skriptums.

Bis jetzt hast du vorgefertigte Funktionen wie print(), len() oder range() genutzt. Jetzt lernst du, wie du deine eigenen Funktionen schreibst und mächtige Module der Standardbibliothek (wie math und random) einbindest.

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🪄 Die Fabrik- / Zauberkisten-Analogie

Stell dir eine Funktion wie eine kleine Fabrikmaschine (oder einen Zauberkasten) vor:

    [ INPUT / ZUTATEN ]
  (Parameter: z.B. a=3, b=4)
             │
             ▼
┌─────────────────────────┐
│     EIGENE FUNKTION     │
│   def hypotenuse(a, b): │  <─── VERARBEITUNG (Black Box)
│   c = math.sqrt(...)    │
└────────────┬────────────┘
             │
             ▼
    [ OUTPUT / PRODUKT ]
      (return 5.0)

1. Input (Parameter): Was die Funktion braucht, um zu arbeiten (z.B. zwei Zahlen).
2. Verarbeitung: Der Code innerhalb der Funktion, der die Berechnung durchführt.
3. Output (return): Das fertige Ergebnis, das die Funktion an den Aufrufer zurückgibt.

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1. Funktionen definieren: def & Standardwerte

# Definition mit Parametern und Standardwert (Default Argument):
def begruesse(name: str, titel: str = "Frau/Herr") -> str:
    return f"Guten Tag, {titel} {name}!"

# Aufruf mit beiden Argumenten:
print(begruesse("Müller", "Dr."))    # "Guten Tag, Dr. Müller!"

# Aufruf ohne Standardwert (nimmt Default "Frau/Herr"):
print(begruesse("Schmidt"))          # "Guten Tag, Frau/Herr Schmidt!"

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2. Der fundamentale Unterschied: return vs. print()

Das ist der mit Abstand häufigste Anfängerfehler:

Eigenschaft	print() 🖨️	return 📦
Was passiert?	Schreibt nur Text auf den Bildschirm.	Übergibt das echte Ergebnis zurück an das Programm.
Weiterverwendung?	NEIN! Das Ergebnis ist für das Programm verloren (None).	JA! Du kannst das Ergebnis in Variablen speichern, weiterrechnen oder vergleichen.
Analogie:	Du liest den Kassenzettel im Supermarkt.	Du nimmst die gekaufte Ware mit nach Hause!

# ❌ Falsch: Mit print kann man nicht weiterrechnen!
def verdopple_falsch(x):
    print(x * 2)

ergebnis = verdopple_falsch(5)  # Gibt 10 auf dem Bildschirm aus
# print(ergebnis + 5)          # 💥 TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'NoneType' and 'int'!

# ✅ Richtig: Mit return kann man das Ergebnis weiterverwenden!
def verdopple_richtig(x):
    return x * 2

ergebnis = verdopple_richtig(5)  # ergebnis ist jetzt 10
print(ergebnis + 5)             # Funktioniert perfekt -> 15!

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3. Mehrere Rückgabewerte (Tupel-Return)

In Python kann eine Funktion problemlos mehrere Werte gleichzeitig zurückgeben. Python packt sie automatisch in ein Tupel:

def min_und_max(zahlen: list[float]) -> tuple[float, float]:
    kleinste = min(zahlen)
    groesste = max(zahlen)
    return kleinste, groesste  # Gibt (kleinste, groesste) zurück

# Tuple-Unpacking (Entpacken in zwei separate Variablen):
tiefst, hoechst = min_und_max([12.5, 3.2, 19.8, -1.0])
print(f"Tiefstwert: {tiefst}, Höchstwert: {hoechst}")

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4. Lokaler vs. Globaler Gültigkeitsbereich (Scope) 🏠

Variablen, die du innerhalb einer Funktion erstellst, sind lokal. Sie existieren nur so lange, wie die Funktion ausgeführt wird:

def meine_funktion():
    geheime_zahl = 42   # Lokale Variable!
    print("In der Funktion:", geheime_zahl)

meine_funktion()
# print(geheime_zahl)   # 💥 NameError: name 'geheime_zahl' is not defined!

Die Hotelzimmer-Regel: Was im Hotelzimmer (der Funktion) liegt, sieht man von außen auf der Straße nicht.

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5. Module nutzen: math & random 🧰

Python hat eine riesige "Werkzeugkiste" an eingebauten Modulen (Standard Library), die du einfach mit import laden kannst:

Das math-Modul (Mathematische Werkzeuge):

import math

print(math.sqrt(25))     # Quadratwurzel -> 5.0
print(math.pi)           # Kreiszahl Pi -> 3.141592653589793
print(math.pow(2, 3))    # Potenz 2^3 -> 8.0
print(math.floor(4.9))   # Abrunden -> 4
print(math.ceil(4.1))    # Aufrunden -> 5

Das random-Modul (Zufallszahlen & Würfel):

import random

# Zufällige ganze Zahl zwischen 1 und 6 (beide inklusive):
wuerfelwurf = random.randint(1, 6)

# Zufällige Kommazahl zwischen 0.0 und 1.0:
zufall = random.random()

# Zufälliges Element aus einer Liste wählen:
farben = ["rot", "grün", "blau", "gelb"]
gluecksfarbe = random.choice(farben)

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⚠️ Die 3 häufigsten Anfängerfehler

1. return vergessen oder durch print() ersetzt:
   • Deine Funktion berechnet etwas, gibt es aber nicht an den Aufrufer zurück. Ergebnis ist None.
2. Auf lokale Variablen von außen zugreifen:
   • Variablen innerhalb von Funktionen existieren außerhalb nicht.
3. Falsche Modul-Namen oder Funktionen:
   • Achte auf die Schreibweise: math.sqrt() (nicht math.square_root()) und random.randint(1, 6) (nicht random.random_int()).

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🎯 Deine Aufgaben in aufgabe.py

Öffne aufgabe.py und bearbeite die nummerierten TODOs:

1. TODO 1: hypotenuse(a: float, b: float) -> float – Satz des Pythagoras mit math.sqrt.
2. TODO 2: zylinder_volumen(radius: float, hoehe: float) -> float – Zylindervolumen mit math.pi.
3. TODO 3: wuerfle_wuerfel(anzahl: int, seiten: int = 6) -> list[int] – Würfelsimulator mit random.randint und Standardwert seiten=6.
4. TODO 4: statistik(zahlen: list[float]) -> tuple[float, float, float] – Berechnet (min, max, mittelwert) als Tupel.

Testen:

python3 test_aufgabe.py

Sobald alle 7 Tests erfolgreich durchlaufen (OK), hast du Funktionen und Module gemeistert!