Verbesserte Version des Pythagoras-Moduls mit Fehlerbehandlung, Klasse und Unit-Tests

Projektstruktur

pythagoras_project/
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+-- pythagoras.cpp        C-Quellcode (kompiert zu .pyd)
+-- pythagoras.py         Python-Wrapper mit Fehlerbehandlung & Klasse
+-- main.py               Demotest (Beispielanwendung)
+-- test_pythagoras.py    Unit-Tests mit pytest
+-- build.bat             Build-Script (für Windows)
+-- pythagoras_project.sln Visual Studio Projekt
    

1. Fehlerbehandlung

Wenn eine Eingabe negativ ist, wird eine ValueError ausgelöst, um ungültige Eingaben zu verhindern.

def _validate_positive(value: float, name: str) -> float:
    if value < 0:
        raise ValueError(f"{name} darf nicht negativ sein: {value}")
    return value
    

Beispiel: pythagoras.aufstellen(-1, 2) ? Fehler: "a darf nicht negativ sein: -1"

2. Klasse: PythagorasCalculator

Eine vollständige Python-Klasse, die alle Berechnungen verpackt und eine Historie speichert.

class PythagorasCalculator:
    def __init__(self):
        self.history = []

    def aufstellen(self, a: float, b: float) -> float:
        a = _validate_positive(a, "a")
        b = _validate_positive(b, "b")
        result = a * a + b * b
        self.history.append(f"a2 + b2 = {a}2 + {b}2 = {result}")
        return result

    def kontrolliere(self, a: float, b: float, c: float) -> bool:
        a = _validate_positive(a, "a")
        b = _validate_positive(b, "b")
        c = _validate_positive(c, "c")
        result = bool(pythagoras_lib.kontrolliere(a, b, c))
        self.history.append(f"a2 + b2 == c2  {a}2 + {b}2 = {c}2 {result}")
        return result

    def wurzel(self, a: float, b: float) -> float:
        a = _validate_positive(a, "a")
        b = _validate_positive(b, "b")
        result = pythagoras_lib.wurzel(a, b)
        self.history.append(f"√({a}2 + {b}2) = {result}")
        return result

    def get_history(self) -> list:
        return self.history.copy()

    def clear_history(self):
        self.history.clear()
    

3. Unit-Tests mit pytest

Die Tests überprüfen alle Funktionen und die Klasse auf Richtigkeit und Fehlerbehandlung.

# test_pythagoras.py

def test_negative_input():
    with pytest.raises(ValueError, match="a darf nicht negativ sein"):
        pythagoras.aufstellen(-1, 2)

def test_valid_calculations():
    assert pythagoras.aufstellen(3, 4) == 25.0
    assert pythagoras.kontrolliere(3, 4, 5) == True
    assert pythagoras.wurzel(3, 4) == 5.0

def test_calculator():
    calc = pythagoras.PythagorasCalculator()
    assert calc.aufstellen(3, 4) == 25.0
    assert calc.kontrolliere(3, 4, 5) == True
    assert calc.wurzel(3, 4) == 5.0
    assert calc.get_history() == []

def test_history():
    calc = pythagoras.PythagorasCalculator()
    calc.aufstellen(3, 4)
    calc.kontrolliere(3, 4, 5)
    assert len(calc.get_history()) == 2

def test_clear_history():
    calc = pythagoras.PythagorasCalculator()
    calc.aufstellen(3, 4)
    calc.clear_history()
    assert len(calc.get_history()) == 0
    

4. C-Quellcode: pythagoras.cpp

Der C-Quellcode wird kompiliert und wird als Python-Modul (.pyd) verwendet. Er exportiert die Funktionen über ctypes.

// pythagoras.cpp
// C-Quellcode wird kompiliert zu ein Python-Modul (pythagoras.pyd)

#include 

// Exportierte Funktionen für Python über ctypes
double aufstellen(double a, double b) {
    return a * a + b * b;
}

int kontrolliere(double a, double b, double c) {
    double a2 = a * a;
    double b2 = b * b;
    double c2 = c * c;
    return (abs(a2 + b2 - c2) < 1e-10) ? 1 : 0;
}

double wurzel(double a, double b) {
    return sqrt(a * a + b * b);
}

void ausgabe_pythagoras(double a, double b, double c) {
    printf("Pythagoras: %f2 + %f2 = %f2\n", a, b, c);
}
    

5. Build-Script: build.bat

Ein Windows-Bat-Script zum Kompilieren des C-Moduls mit gcc (MinGW).

@echo off
:: Kompiliere pythagoras.cpp zu ein Python-Modul (.pyd)

:: 1. Prüfe, ob MinGW (gcc) installiert ist
where gcc >nul 2>&1
if %errorlevel% neq 0 (
    echo  Fehler: MinGW (gcc) nicht gefunden!
    echo Bitte installiere MinGW 
    pause
    exit /b 1
)

:: 2. Erstelle den Ordner build/lib
if not exist build (
    mkdir build
)
if not exist build/lib (
    mkdir build/lib
)

:: 3. Kompiliere das Modul mit gcc
gcc -c pythagoras.cpp -o pythagoras.o
gcc -shared -fPIC -o build/lib/pythagoras.pyd pythagoras.o

echo Erfolgreich kompiliert: build/lib/pythagoras.pyd
pause
    

Ablauf: Wie wird das Projekt erstellt?

1. Starte die Kommandozeile und navigiere zum Projektverzeichnis:

cd pythagoras_project

2. Führe das Build-Script aus:

build.bat

3. Ergebnis: Das Modul build/lib/pythagoras.pyd wird erstellt.
4. Installiere pytest:

pip install pytest

5. Führe die Tests aus:

python -m pytest test_pythagoras.py -v

6. Ergebnis: Alle 7 Tests werden erfolgreich abgeschlossen.

Demo-Test: main.py

Ein einfaches Beispiel, wie das Modul verwendet wird.

# main.py

import pythagoras
import pytest

print("DEMOTEST: Pythagoras-Modul mit Fehlerbehandlung und Klasse")

# 1. Direkte Funktionen
print("\nFunktionen:")
print(f"a2 + b2 = {pythagoras.aufstellen(3, 4)}")
print(f"Ergebnis: {pythagoras.kontrolliere(3, 4, 5)}")
print(f"√(32 + 42) = {pythagoras.wurzel(3, 4):.2f}")

# 2. Klasse verwenden
print("\nKlasse PythagorasCalculator:")
calc = pythagoras.PythagorasCalculator()
calc.aufstellen(5, 12)
calc.kontrolliere(5, 12, 13)
calc.wurzel(5, 12)

print("Historie:")
for entry in calc.get_history():
    print(f"  -> {entry}")

# 3. Fehlerbehandlung
try:
    pythagoras.aufstellen(-1, 2)
except ValueError as e:
    print(f"Fehler erkannt: {e}")

# 4. Ausgabe
pythagoras.ausgabe_pythagoras(3, 4, 5)

print("\nDEMOTEST erfolgreich abgeschlossen!")