Das Etikett ist nicht der Koffer: Namen und Objekte

Erster Arbeitstag, früh am Morgen. Schichtleiterin Do Miran drückt dir vor dem Förderband ein Bündel Etiketten in die Hand. „Einen Satz lernst du hier vor allem anderen: Ein Koffer, viele Etiketten.“

Die erste Meldung kommt aus einem Reisebüro. Park, zuständig für die Reisegruppe, hat die Souvenirliste zur Sicherheit ein zweites Mal angelegt, doch alles, was in der Ersatzliste landet, taucht auch in der ursprünglichen Liste auf. Die Schichtleiterin wirft einen Blick auf den Code und lächelt. „Zwei Listen? Zwei Etiketten, meinst du.“

1-1. = hängt ein Etikett an (9 min)

So sieht der Code der Meldenden aus:

souvenirs = ["postcard", "keyring"]
backup = souvenirs
backup.append("magnet")
print(souvenirs)
# ['postcard', 'keyring', 'magnet']

backup = souvenirs kopiert die Liste nicht. Es hängt ein weiteres Etikett namens backup an genau den Koffer, an dem schon das Etikett souvenirs hängt. Es gab von Anfang an nur einen Koffer, und backup.append hat den Magneten in diesen einen Koffer gelegt.

• Bei = wird zuerst die rechte Seite ausgewertet. Das ergibt ein Objekt (einen Koffer), und daran wird der Name (das Etikett) auf der linken Seite gebunden.
• Steht rechts ein Name, den es schon gibt, entsteht kein neues Objekt. Dasselbe Objekt bekommt lediglich einen Namen mehr.

Geh auf der Etikettentafel unten Zeile für Zeile durch. Links stehen die Namensschilder, rechts die Koffer. Vor Zeile 3 musst du erst das Ergebnis vorhersagen, bevor es weitergeht.

1-2. Drei Dinge an jedem Koffer: Identität, Typ, Wert (8 min)

Jedes Objekt hat drei Eigenschaften.

x = ["postcard"]
y = ["postcard"]
print(x == y, x is y)
# True False
print(id(x) == id(y), id(souvenirs) == id(backup))
# False True

• x und y sind zwei verschiedene Koffer mit genau demselben Inhalt. == ergibt True, is ergibt False.
• souvenirs und backup sind derselbe Koffer, deshalb ist auch ihre id gleich.
• Die Zahl, die id liefert, hat für sich genommen keine Bedeutung. In CPython ist sie die Speicheradresse, und sie ändert sich bei jedem Programmlauf. Verwende sie nur zum Vergleichen.

print(type(x), type(len))
# <class 'list'> <class 'builtin_function_or_method'>

1-3. Alles ist ein Koffer (6 min)

Nicht nur Zahlen und Listen sind Objekte. Auch Funktionen, Klassen und Module sind Objekte, die an Namen gebunden sind.

shout = print
shout("boarding")
# boarding
print(shout is print)
# True

def greet():
    return "hi"

print(type(greet), greet.__name__)
# <class 'function'> greet
alias = greet
del greet
print(alias())
# hi

• def greet(): erzeugt ein Funktionsobjekt und bindet den Namen greet daran. Das ist im Grunde auch eine Zuweisung.
• Nimmst du mit del greet den Namen ab, bleibt die Funktion trotzdem erhalten, denn alias zeigt weiterhin auf dasselbe Funktionsobjekt.
• Auch Klassen sind Objekte. Sowohl type(int) als auch type(type) ergeben <class 'type'>. Darauf kommen wir in Lektion 7 zurück.

1-4. Etikett umhängen oder Koffer verändern (11 min)

Mit einem Namen kannst du genau zwei Dinge tun:

1. Etikett umhängen (Neubindung): a = .... Der Name wird an ein anderes Objekt gebunden. Der ursprüngliche Koffer bleibt, wie er ist.
2. Koffer verändern (Mutation): a.append(...), a[0] = .... Der Name bleibt, aber der Inhalt des Koffers ändert sich. Das sieht man über jeden Namen, der auf denselben Koffer zeigt.

a = [1, 2]
b = a
a = a + [3]
print(a, b, a is b)
# [1, 2, 3] [1, 2] False

a = [1, 2]
b = a
a.append(3)
print(a, b, a is b)
# [1, 2, 3] [1, 2, 3] True

a + [3] erzeugt eine neue Liste, und a = hängt das Etikett a an diese neue Liste um. b bleibt am ursprünglichen Koffer. append dagegen verändert den Koffer selbst, deshalb sieht man die Änderung auch über b. Probier unten beide Varianten abwechselnd aus.

• Im Listenbild stehen 1 und 2 direkt als Werte in den Fächern statt als Pfeile, weil es kleine Werte sind. In Wirklichkeit sind auch sie Objekte, und die Liste enthält Referenzen auf diese Objekte (Lektion 3).
• Und a += [3]? Bei Listen ist das ein Verändern des Koffers. Bei Zahlen oder Strings dagegen wird das Etikett umgehängt. Um diese zwei Gesichter geht es in Lektion 2.

1-5. del nimmt das Etikett ab, nicht den Koffer (6 min)

c = ["tag"]
d = c
del c
print(d)
# ['tag']
print(c)
# NameError: name 'c' is not defined

del c entfernt nur den Namen c, nicht die Liste. Weil d noch auf sie zeigt, bleibt der Koffer erhalten. Wirklich verschwinden wird ein Koffer erst, wenn kein einziges Etikett mehr auf ihn zeigt (Lektion 11).

Auch das Vertauschen zweier Namen mit p, q = q, p ist ein Umhängen von Etiketten. Zuerst wird aus q, p auf der rechten Seite ein Tupel gebildet, dann werden die Namen links der Reihe nach an die Objekte darin gebunden.

p, q = "left", "right"
p, q = q, p
print(p, q)
# right left

Fall abgeschlossen (10 min)

Hier ist der Beweis, dass die beiden Listen der Meldenden derselbe Koffer waren, und so legst du eine echte Ersatzliste an:

souvenirs = ["postcard", "keyring"]
backup = souvenirs
backup.append("magnet")
print(souvenirs is backup, id(souvenirs) == id(backup))
# True True

safe = list(souvenirs)     # einen neuen Koffer mit demselben Inhalt anlegen
safe.append("mug")
print(souvenirs, safe, safe is souvenirs)
# ['postcard', 'keyring', 'magnet'] ['postcard', 'keyring', 'magnet', 'mug'] False

list(souvenirs) erzeugt eine neue Liste. Jetzt kann in safe ruhig ein Becher landen, die ursprüngliche Liste bleibt unberührt. (Dass diese Kopie nur „eine Ebene tief“ neu angelegt wird, behandeln wir in Lektion 3.)

Kurz vor Feierabend zeigt Pin in Richtung Band 13. Dort sollen zwei Koffer ohne ein einziges Etikett unablässig ihre Runden drehen. Die Schichtleiterin sagt nur: „Ohne Etikett hätten die längst weggeräumt sein müssen.“ Dann schaltet sie den Bildschirm aus.

Übungen

1. Was ist y, wenn du nacheinander x = [0], y = x und x = [1] ausführst? Zeichne zuerst das Bild, dann prüfe es durch Ausführen.
2. Sei a = [1, 2]. Lege b = a[:] und c = a an und sag die Ergebnisse von a is b, a is c und a == b voraus.
3. Was passiert, wenn du print einen anderen Namen gibst und dann del print ausführst? Wo eingebaute Namen wohnen, lernst du in Lektion 5.