Funktionen

Lernziele

• Sie verstehen, was eine Funktion ist und wie Sie diese in Python definieren.
• Sie können eine Funktion mit Parametern definieren und verwenden.
• Sie verstehen, wie Sie mit return einen Wert zurückgeben können.

Wenn man ein Problem endlich gelöst hat, wäre es doch schön, diese Lösung immer wieder verwenden zu können. Das geht mit Funktionen!

Funktionen sind Unterprogramme des Hauptprogramms, die eine bestimmte Aufgabe erledigen. Sie können so eigene Befehle kreieren und immer wieder verwenden, wann immer Sie diese Funktion brauchen.

Syntax

Um die Syntax einer Funktion zu verstehen, schauen wir ein Beispiel an: Sagen wir, wir müssen immer wieder den Flächeninhalt eines Quadrats berechnen. Anstatt die Rechnung immer wieder aufzuschreiben, bietet es sich an, eine Funktion zu schreiben. Das könnte so aussehen:

Hier wird eine Funktion flaeche_quadrat definiert, die eine Seitenlänge als Parameter erwartet und dann verarbeitet. Die Funktion nimmt diese Seitenlänge und berechnet damit den Flächeninhalt des Quadrats. Letztlich gibt sie den Wert zurück ans Hauptprogramm.

Beachten Sie:

• Eine Funktion wird mit dem Schlüsselwort def definiert.
• Danach folgt der Name der Funktion, hier also flaeche_quadrat.
• Dann runde Klammern (), um die Parameter zu definieren.
• Danach folgt ein Doppelpunkt :, der den Beginn des Funktionskörpers markiert.
• Der Code, der zur Funktion gehört, wird eingerückt im Körper des Codeblocks geschrieben.
• Mit return geben Sie den Wert zurück, den die Funktion berechnet hat. So können Sie den Wert im Hauptprogramm weiterverwenden.
• Im Hauptprogramm nutzen wir die Funktion, indem wir ihren Namen aufrufen und die Seitenlänge als Argument in den runden Klammern übergeben. Das Argument wird dann in der Funktion ins Parameter seitenlaenge abgefüllt.

Beispiele

Eine Funktion ohne Parameter und ohne return-Wert

Parameter und return-Wert sind optional. Sie können auch eine Funktion ohne Parameter und ohne return-Wert definieren. Zum Beispiel eine Funktion, die einfach nur etwas ausgibt:

Flächeninhalt eines Rechtecks (eine Funktion mit zwei Parametern und mit return-Wert)

Sagen wir, Sie wollen eine Funktion schreiben, die den Flächeninhalt eines Rechtecks berechnet. Diese Funktion könnte so aussehen:

Hier wird eine Funktion flaeche_quadrat definiert, die eine Seitenlänge als Eingabeparameter erwartet. Die Funktion berechnet dann den Flächeninhalt des Quadrats und gibt den Wert zurück ans Hauptprogramm.

Aufgaben

Aufgabe: Volumen eines Würfels

Schreiben Sie eine Funktion volumen_wuerfel, die das Volumen eines Würfels berechnet.

Mögliche Lösung

def volumen_wuerfel(seitenlaenge):
    volumen = seitenlaenge ** 3 # seitenlaenge * seitenlaenge * seitenlaenge
    return volumen

# Hauptprogramm
print("Das Volumen eines Würfels mit Seitenlänge 5 ist:", volumen_wuerfel(5))
print("Das Volumen eines Würfels mit Seitenlänge 10 ist:", volumen_wuerfel(10))

Aufgabe: Volumen eines Quaders

Schreiben Sie eine Funktion volumen_quader, die das Volumen eines Quaders berechnet. Die Funktion soll drei Parameter für die Länge, Breite und Höhe des Quaders haben.

Mögliche Lösung

def volumen_quader(lange, breite, hoehe):
    volumen = lange * breite * hoehe
    return volumen
# Hauptprogramm
print("Das Volumen eines Quaders mit Länge 5, Breite 10 und Höhe 2 ist:", volumen_quader(5, 10, 2))
print("Das Volumen eines Quaders mit Länge 3, Breite 4 und Höhe 5 ist:", volumen_quader(3, 4, 5))

Aufgabe: Volumen eines Kegels

Schreiben Sie eine Funktion volumen_kegel, die das Volumen eines Kegels berechnet. Die Funktion soll zwei Parameter für den Radius der Basis und die Höhe des Kegels haben. Die Formel für das Volumen eines Kegels lautet: $V = \frac{1}{3} \pi r^2 h$, wobei Sie für $\pi$ die Konstante math.pi aus dem Modul math verwenden können.

Mögliche Lösung

import math
def volumen_kegel(radius, hoehe):
    volumen = (1/3) * math.pi * (radius ** 2) * hoehe
    return volumen
# Hauptprogramm
print("Das Volumen eines Kegels mit Radius 3 und Höhe 5 ist:", volumen_kegel(3, 5))
print("Das Volumen eines Kegels mit Radius 2 und Höhe 10 ist:", volumen_kegel(2, 10))

Berechnung des Volumens eines komischen Hauses

Nutzen Sie Ihre zuvor erstellten Funktionen, um das Volumen dieses Hauses zu berechnen. Speichern Sie das Endresultat zwingend in einer Variablen namens summe.

Mögliche Lösung

import math
def volumen_wuerfel(seitenlaenge):
    volumen = seitenlaenge ** 3
    return volumen

def volumen_quader(lange, breite, hoehe):
    volumen = lange * breite * hoehe
    return volumen

def volumen_kegel(radius, hoehe):
    volumen = (1/3) * math.pi * (radius ** 2) * hoehe
    return volumen

# Hauptprogramm
summe = volumen_quader(15,5,5) + \
        volumen_quader(4,1.5,1.5) + \
        volumen_wuerfel(5) + \
        volumen_kegel(3,11) + \
        volumen_kegel(3.5,11)

print("Das Gesamtvolumen ist:", summe)

Funktionen aus anderen Dateien importieren

In Python können Sie Funktionen aus anderen Dateien importieren, um Ihren Code zu organisieren und wiederverwendbar zu machen. Dazu speichern Sie Ihre Funktionen in einer separaten Datei, z.B. useful.py, und importieren diese in Ihrem Hauptprogramm.

Hier ist ein Beispiel, wie Sie das machen können. Wechseln Sie in den Reitern oben zwischen den Dateien hin und her, um sich den jeweiligen Python-Code anzuschauen:

Eine Art, diese Funktionen in Ihrem Hauptprogramm zu verwenden, kennen Sie bereits: import useful, genau wie Sie import turtle oder import random verwenden. Dann können Sie die Funktionen unter dem Namen useful aufrufen, z.B. useful.flaeche_quadrat(5).

Es gibt aber auch eine Art, die Funktionen direkt in Ihr Hauptprogramm zu importieren, sodass Sie sie ohne den Präfix useful. verwenden können. Dazu verwenden Sie das Schlüsselwort from: