Syntaxe du langage Python (boucles, tests, fonctions)

Avec les variables, les boucles et les fonctions, on connaît suffisamment d’éléments pour écrire des programmes. Le plus difficile n’est pas forcément de les comprendre mais plutôt d’arriver à découper un algorithme complexe en utilisant ces briques élémentaires. C’est l’objectif des chapitres centrés autour des exercices. Toutefois, même si ce chapitre présente les composants élémentaires du langage, l’aisance qu’on peut acquérir en programmation vient à la fois de la connaissance du langage mais aussi de la connaissance d’algorithmes standards comme celui du tri ou d’une recherche dichotomique. C’est cette connaissance tout autant que la maîtrise d’un langage de programmation qui constitue l’expérience en programmation.

Les trois concepts des algorithmes

Les algorithmes sont composés d’instructions, ce sont des opérations élémentaires que le processeur exécute selon trois schémas :

la séquence

enchaînement des instructions les unes à la suite des autres : passage d’une instruction à la suivante

le saut

passage d’une instruction à une autre qui n’est pas forcément la suivante (c’est une rupture de séquence)

le test

choix entre deux instructions

Le saut n’apparaît plus de manière explicite dans les langages évolués car il est une source fréquente d’erreurs. Il intervient dorénavant de manière implicite au travers des boucles qui combinent un saut et un test. On écrit toujours ceci avec les langages les plus récents :

initialisation de la variable moy à 0
faire pour i allant de 1 à N
moy reçoit moy + ni
moy reçoit moy / N

Et ceci est traduit par :

ligne 1 : initialisation de la variable moy à 0
ligne 2 : initialisation de la variable i à 1
ligne 3 : moy reçoit moy + ni
ligne 4 : i reçoit i + 1
ligne 5 : si i est inférieur ou égal à N alors aller à la ligne 3
ligne 6 : moy reçoit moy / N

Tout programme peut se résumer à ces trois concepts. Chaque langage les met en place avec sa propre syntaxe et parfois quelques nuances mais il est souvent facile de les reconnaître même dans des langages inconnus. Le calcul d’une somme décrit plus haut et écrit en python correspond à l’exemple suivant :

<<<

t = [0, 1, 2, 3, 4]
N = 5
moy = 0
for i in range(1, N + 1):      # de 1 à N+1 exclu --> de 1 à N inclus
    moy += t[i - 1]           # le premier indice est 0 et non 1
moy /= N
print(moy)

>>>

    2.0

Le premier élément de cette syntaxe est constituée de ses mots-clés for et in et des symboles =, +=, /=, [, ], (, ), :. La fonction iskeyword permet de savoir si un mot-clé donné fait partie du langage python. Même si les modules seront décrits plus tard, la syntaxe suivante reste accessible :

<<<

import keyword
print(keyword.iskeyword("for"))     # affiche True
print(keyword.iskeyword("until"))   # affiche False

>>>

    True
    False

Le programme suivant permet de récupérer la liste des mots-clés du langage :

<<<

import keyword
print("\n".join(keyword.kwlist))

>>>

    False
    None
    True
    and
    as
    assert
    async
    await
    break
    class
    continue
    def
    del
    elif
    else
    except
    finally
    for
    from
    global
    if
    import
    in
    is
    lambda
    nonlocal
    not
    or
    pass
    raise
    return
    try
    while
    with
    yield

A cela s’ajoutent les symboles :

+  -  *  **  /  //  %
< > == <= >=  !=
<<  >>  &  |  \  ~  ^
=  +=  -=  *=  /=  //=  %=  **=
|=  &=  <<=  >>=  ~=  ^=
(  )  [  ]  {  }
"  """  '  '''
,  :  .
#
@  @=

Les espaces entre les mots-clés et les symboles ont peu d’importance, il peut n’y en avoir aucun comme dix. Les espaces servent à séparer un mot-clé, un nombre d’une variable. Les mots-clés et les symboles définissent la grammaire du langage python. Toutes ces règles sont décrites dans un langage un peu particuilier par la page Full Grammar specification.

Les fonctions builtin ne font pas partie de la grammaire du langage même si elles sont directement accessibles comme la fonction abs qui retourne la valeur absolue d’un nombre. C’est un choix d’implémentation du programme qui interprète le langage mais absent de la grammaire.

Tests

Définition et syntaxe

Définition D1 : test

Les tests permettent d’exécuter des instructions différentes selon la valeur d’une condition logique.

Syntaxe :

Syntaxe S1 : Tests

if condition1 :
   instruction1
   instruction2
   ...
else :
   instruction3
   instruction4
   ...

La clause else est facultative. Lorsque la condition condition1 est fausse et qu’il n’y a aucune instruction à exécuter dans ce cas, la clause else est inutile. La syntaxe du test devient :

if condition1 :
   instruction1
   instruction2
   ...

S’il est nécessaire d’enchaîner plusieurs tests d’affilée, il est possible de condenser l’écriture avec le mot-clé elif :

if condition1 :
   instruction1
   instruction2
   ...
elif condition2 :
   instruction3
   instruction4
   ...
elif condition3 :
   instruction5
   instruction6
   ...
else :
   instruction7
   instruction8
   ...

Le décalage des instructions par rapport aux lignes contenant les mots-clés if, elif, else est très important : il fait partie de la syntaxe du langage et s’appelle l”indentation. Celle-ci permet de grouper les instructions ensemble. Le programme suivant est syntaxiquement correct même si le résultat n’est pas celui désiré.

<<<

x = 1
if x > 0:
    signe = 1
    print("le nombre est positif")
else:
    signe = -1
print("le nombre est négatif")  # ligne mal indentée (au sens de l'algorithme)
print("signe = ", signe)

>>>

    le nombre est positif
    le nombre est négatif
    signe =  1

Une ligne est mal indentée : print("le nombre est négatif"). Elle ne devrait être exécutée que si la condition x>0 n’est pas vérifiée. Le fait qu’elle soit alignée avec les premières instructions du programme fait que son exécution n’a plus rien à voir avec cette condition. La programme répond de manière erronée.

Dans certains cas, l’interpréteur python ne sait pas à quel bloc attacher une instruction, c’est le cas de l’exemple suivant, la même ligne a été décalée de deux espaces, ce qui est différent de la ligne qui précède et de la ligne qui suit.

x = 1
if x > 0:
    signe = 1
    print("le nombre est positif")
else:
    signe = -1
  print("le nombre est négatif")     # ligne mal indentée (au sens de la grammaire)
print("signe = ", signe)

L’interpréteur retourne l’erreur suivante :

File "test.py", line 7
    print("le nombre est négatif")
                                  ^
IndentationError: unindent does not match any outer indentation level

Comparaisons possibles

Les comparaisons possibles entre deux entités sont avant tout numériques mais ces opérateurs peuvent être définis pour tout type (voir Classes), notamment sur les chaînes de caractères pour lesquelles les opérateurs de comparaison transcrivent l’ordre alphabétique.

<, >

inférieur, supérieur

<=, >=

inférieur ou égal, supérieur ou égal

==, !=

égal, différent

is, not is

x is y vérifie que x et y sont égaux, not  is, différents, l’opérateur is est différent de l’opérateur ==, il est expliqué au paragraphe Copie

in, not in

appartient, n’appartient pas

Opérateurs logiques

Il existe trois opérateurs logiques qui combinent entre eux les conditions.

not

négation

and

et logique

or

ou logique

La priorité des opérations numériques est identique à celle rencontrée en mathématiques. L’opérateur puissance vient en premier, la multiplication/division ensuite puis l’addition/soustraction. Ces opérations sont prioritaires sur les opérateurs de comparaisons (>, <, ==, …) qui sont eux-mêmes sur les opérateurs logiques not, and, or. Il est tout de même conseillé d’ajouter des parenthèses en cas de doute. C’est ce qu décrit la page Operator precedence.

Ecriture condensée

Il existe deux écritures condensées de tests. La première consiste à écrire un test et l’unique instruction qui en dépend sur une seule ligne.

if condition :

instruction1

else :

instruction2

Ce code peut tenir en deux lignes :

if condition : instruction1
else : instruction2

Le second cas d’écriture condensée concerne les comparaisons enchaînées. Le test if 3 < x and x < 5 : instruction peut être condensé par if 3 < x < 5 : instruction. Il est ainsi possible de juxtaposer autant de comparaisons que nécessaire : if  3 < x < y < 5 : instruction.

Le mot-clé in permet également de condenser certains tests lorsque la variable à tester est entière. if x == 1 or x == 6  or x == 50 : peut être résumé simplement par if x in (1,6,50) : ou if x in {1,6,50}: pour les grandes listes.

Exemple

L’exemple suivant associe à la variable signe le signe de la variable x.

<<<

x = -5
if x < 0:
    signe = -1
elif x == 0:
    signe = 0
else:
    signe = 1
print(signe)

>>>

    -1

Son écriture condensée lorsqu’il n’y a qu’une instruction à exécuter :

<<<

x = -5
if x < 0:
    signe = -1
elif x == 0:
    signe = 0
else:
    signe = 1
print(signe)

>>>

    -1

Le programme suivant saisit une ligne au clavier et dit si c’est « oui » ou « non » qui a été saisi. La fonction input retourne ce qui vient de l’utilisateur :

s = input ("dites oui : ")    # voir remarque suivante
if s == "oui" or s [0:1] == "o" or s [0:1] == "O" or s == "1" :
    print "oui"
else:
    print "non"

La fonction input invite l’utilisateur d’un programme à saisir une réponse lors de l’exécution du programme. Tant que la touche entrée n’a pas été pressée, l’exécution du programme ne peut continuer. Cette fonction est en réalité peu utilisée. Les interfaces graphiques sont faciles d’accès en python, on préfère donc saisir une réponse via une fenêtre plutôt qu’en ligne de commande. L’exemple suivant montre comment remplacer cette fonction à l’aide d’une fenêtre graphique.

import tkinter
def question(legende):
    reponse = [""]
    root = tkinter.Tk ()
    root.title("pseudo input")
    tkinter.Label(text=legende).pack(side=tkinter.LEFT)
    s = tkinter.Entry(text="def", width=80)
    s.pack(side=tkinter.LEFT)
    def rget():
        reponse[0] = s.get ()
        root.destroy()
    tkinter.Button(text="ok", command=rget).pack(side=tkinter.LEFT)
    root.mainloop()
    return(reponse[0])

print("réponse ", question("texte de la question"))

On peut améliorer la fonction question en précisant une valeur par défaut par exemple (voir tkinter à ce sujet). Le programme affiche la fenêtre suivante :

../_images/rawinput.png

None, True et 1

L’écriture de certains tests peut encore être réduite lorsqu’on cherche à comparer une variable entière, booléenne ou None comme le précise la table suivant :

type

test

test équivalent

bool

if v:

if v == True :

bool

if not v:

if v == False :

int

if v:

if v != 0:

int

if not v :

if v == 0 :

float

if v :

if v != 0.0 :

float

if not v :

if v == 0.0 :

list, dict, set

if v:

if v is not None and len(v) > 0:

list, dict, set

if not v:

if v is None or len(v) == 0:

object

if v :

if v is not None:

object

if not v:

if v is None :

Passer, instruction pass

Dans certains cas, aucune instruction ne doit être exécutée même si un test est validé. En python, le corps d’un test ne peut être vide, il faut utiliser l’instruction pass. Lorsque celle-ci est manquante, python affiche un message d’erreur.

Syntaxe S2 : Instruction pass

signe = 0
x = 0
if x < 0: signe = -1
elif x == 0:
   pass          # signe est déjà égal à 0
else :
    signe = 1

Dans ce cas précis, si l’instruction pass est oubliée, l’interpréteur python génère l’erreur suivante :

File "nopass.py", line 6
    else :
    ^
IndentationError: expected an indented block

Boucles

Boucle B1 : test

Les boucles permettent de répéter une séquence d’instructions tant qu’une certaine condition est vérifiée.

Le langage python propose deux types de boucles. La boucle while suit scrupuleusement la définition précédent. La boucle for est une boucle while déguisée (voir Boucle for), elle propose une écriture simplifiée pour répéter la même séquence d’instructions pour tous les éléments d’un ensemble.

Boucle while

L’implémentation d’une boucle de type while suit le schéma d’écriture suivant :

Syntaxe S3 : Boucle while

while cond :
    instruction 1
    ...
    instruction n

cond est une condition qui détermine la poursuite de la répétition des instructions incluses dans la boucle. Tant que celle-ci est vraie, les instructions 1 à n sont exécutées.

Tout comme les tests, l’indentation joue un rôle important. Le décalage des lignes d’un cran vers la droite par rapport à l’instruction while permet de les inclure dans la boucle comme le montre l’exemple suivant.

<<<

n = 0
while n < 3:
    print("à l'intérieur ", n)
    n += 1
print("à l'extérieur ", n)

>>>

    à l'intérieur  0
    à l'intérieur  1
    à l'intérieur  2
    à l'extérieur  3

Les conditions suivent la même syntaxe que celles définies lors des tests (voir Comparaisons possibles). A moins d’inclure l’instruction break qui permet de sortir prématurément d’une boucle, la condition qui régit cette boucle doit nécessairement être modifiée à l’intérieur de celle-ci. Dans le cas contraire, on appelle une telle boucle une boucle infinie puisqu’il est impossible d’en sortir.

L’exemple suivant contient une boucle infinie car le symbole = est manquant dans la dernière instruction. La variable n n’est jamais modifiée et la condition n<3 toujours vraie.

n = 0
while n < 3 :
   print(n)
   n + 1        # n n'est jamais modifié, l'instruction correcte serait n += 1

Boucle for

L’implémentation d’une boucle de type for suit le schéma d’écriture suivant :

Syntaxe S4 : Boucle for

for x in ensemble:
    instruction 1
    ...
    instruction n

x est un élément de l’ensemble ensemble. Les instructions 1 à n sont exécutées pour chaque élément x de l’ensemble ensemble. Cet ensemble peut être une chaîne de caractères, un tuple, une liste, un dictionnaire, un set ou tout autre type incluant des itérateurs qui sont présentés au chapitre Classes.

Tout comme les tests, l’indentation est importante. L’exemple suivant affiche tous les éléments d’un tuple à l’aide d’une boucle for.

<<<

t = (1, 2, 3, 4)
for x in t:       # affiche les nombres 1,2,3,4
    print(x)      # chacun sur une ligne différente

>>>

    1
    2
    3
    4

Lors de l’affichage d’un dictionnaire, les éléments n’apparaissent pas triés ni dans l’ordre dans lequel ils y ont été insérés. L’exemple suivant montre comment afficher les clés et valeurs d’un dictionnaire dans l’ordre croissant des clés.

<<<

d = {1: 2, 3: 4, 5: 6, 7: -1, 8: -2}
# affiche le dictionnaire {8: -2, 1: 2, 3: 4, 5: 6, 7: -1}
print(d)
k = list(d.keys())
print(k)                # affiche les clés [8, 1, 3, 5, 7]
k.sort()
print(k)                # affiche les clés triées [1, 3, 5, 7, 8]
for x in k:             # affiche les éléments du dictionnaire
    print(x, ":", d[x])  # triés par clés croissantes

>>>

    {1: 2, 3: 4, 5: 6, 7: -1, 8: -2}
    [1, 3, 5, 7, 8]
    [1, 3, 5, 7, 8]
    1 : 2
    3 : 4
    5 : 6
    7 : -1
    8 : -2

Le langage python propose néanmoins la fonction sorted qui réduit l’exemple suivant en trois lignes:

<<<

d = {1: 2, 3: 4, 5: 6, 7: -1, 8: -2}
for x in sorted(d):    # pour les clés dans l'ordre croissant
    print(x, ":", d[x])

>>>

    1 : 2
    3 : 4
    5 : 6
    7 : -1
    8 : -2

La boucle la plus répandue est celle qui parcourt des indices entiers compris entre 0 et n-1. On utilise pour cela la boucle for et la fonction range comme dans l’exemple qui suit.

<<<

sum = 0
N = 10
for n in range(0, N):     # va de 0 à N exclu
    sum += n               # additionne tous les entiers compris entre 0 et N-1

>>>

    

Ou encore pour une liste quelconque :

<<<

li = [4, 5, 3, -6, 7, 9]
sum = 0
for n in range(0, len(li)):  # va de 0 à len(li) exclu
    sum += li[n]              # additionne tous les éléments de li

>>>

    

Listes, boucle for, liste en extension

Le paragraphe Boucles et listes a montré comment le mot-clé for peut être utilisé pour simplifier la création d’une liste à partir d’une autre. La syntaxe d’une liste en extension suit le schéma suivant :

Syntaxe S5 : Liste en extension

[ expression for x in ensemble ]

expression est une expression numérique incluant ou non x, la variable de la boucle, ensemble est un ensemble d’éléments, tuple, liste, dictionnaire, set ou tout autre chose qui peut être parcouru. Cette syntaxe permet de résumer en une ligne la création de la séquence y du programme suivant.

<<<

y = list()
for i in range(0, 5):
    y.append(i + 1)
print(y)                            # affiche [1,2,3,4,5]

# résume trois lignes du programme précédent
y = [i + 1 for i in range(0, 5)]
print(y)                            # affiche [1,2,3,4,5]

>>>

    [1, 2, 3, 4, 5]
    [1, 2, 3, 4, 5]

Un autre exemple de cette syntaxe réduite a été présenté au paragraphe Boucles et listes. Cette écriture condensée est bien souvent plus lisible même si tout dépend des préférences de celui qui programme. Elle peut être étendue au dictionnaire.

<<<

y = {i: i + 1 for i in range(0, 5)}
print(y)

>>>

    {0: 1, 1: 2, 2: 3, 3: 4, 4: 5}

Itérateurs

Toute boucle for peut s’appliquer sur un objet muni d’un itérateur tels que les chaînes de caractères, tuples, les listes, les dictionnaires, les ensembles.

<<<

d = ["un", "deux", "trois"]
for x in d:
    print(x)          # affichage de tous les éléments de d

>>>

    un
    deux
    trois

Cette syntaxe réduite a déjà été introduite pour les listes et les dictionnaires au chapitre précédent. Il existe une version équivalente avec la boucle while utilisant de façon explicite les itérateurs. Il peut être utile de lire le chapitre suivant sur les classes et le chapitre Exceptions sur les exceptions avant de revenir sur la suite de cette section qui n’est de toutes façons pas essentielle.

L’exemple précédent est convertible en une boucle while en faisant apparaître explicitement les itérateurs (voir Itérateurs). Un itérateur est un objet qui permet de parcourir aisément un ensemble. La fonction it = iter(e) permet d’obtenir un itérateur it sur l’ensemble e. L’appel à l’instruction it.next() parcourt du premier élément jusqu’au dernier en retournant la valeur de chacun d’entre eux. Lorsqu’il n’existe plus d’élément, l’exception StopIteration est déclenchée (voir Exceptions). Il suffit de l’intercepter pour mettre fin au parcours.

<<<

d = ["un", "deux", "trois"]
it = iter(d)                        # obtient un itérateur sur d
while True:
    try:
        # obtient l'élément suivant, s'il n'existe pas
        x = next(it)
    except StopIteration:
        break                       # déclenche une exception
    print(x)                        # affichage de tous les éléments de d

>>>

    un
    deux
    trois

Plusieurs variables de boucles

Jusqu’à présent, la boucle for n’a été utilisée qu’avec une seule variable de boucle, comme dans l’exemple suivant où on parcourt une liste de tuple pour les afficher.

<<<

d = [(1, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 0, 1)]
for v in d:
    print(v)

>>>

    (1, 0, 0)
    (0, 1, 0)
    (0, 0, 1)

Lorsque les éléments d’un ensemble sont des tuples, des listes, des dictionnaires ou des ensembles composés de taille fixe, il est possible d’utiliser une notation qui rappelle les affectations multiples (voir Affectations multiples). L’exemple précédent devient dans ce cas :

<<<

d = [(1, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 0, 1)]
for x, y, z in d:
    print(x, y, z)

>>>

    1 0 0
    0 1 0
    0 0 1

Cette écriture n’est valable que parce que chaque élément de la liste d est un tuple composé de trois nombres. Lorsqu’un des éléments est de taille différente à celle des autres, comme dans l’exemple suivant, une erreur survient.

<<<

d = [(1, 0, 0), (0, 1, 0, 6), (0, 0, 1)]  # un élément de taille quatre
for x, y, z in d:
    print(x, y, z)

>>>

    1 0 0
    [runpythonerror]
    
    Traceback (most recent call last):
        exec(obj, globs, loc)
      File "", line 6, in <module>
      File "", line 4, in run_python_script_140077684745488
    ValueError: too many values to unpack (expected 3)

Cette syntaxe est très pratique associée à la fonction zip (voir Collage de séquences, fonction zip). Il est alors possible de parcourir plusieurs séquences (tuple, liste, dictionnaire, ensemble) simultanément.

<<<

a = range(0, 5)
b = [x**2 for x in a]
for x, y in zip(a, b):
    print(y), " est le carré de ", x
    # affichage à droite

>>>

    0
    1
    4
    9
    16

Ecriture condensée

Comme pour les tests, lorsque les boucles ne contiennent qu’une seule instruction, il est possible de l’écrire sur la même ligne que celle de la déclaration de la boucle for ou while.

<<<

d = ["un", "deux", "trois"]
for x in d:
    print(x)          # une seule instruction

>>>

    un
    deux
    trois

Il existe peu de cas où la boucle while s’écrit sur une ligne car elle inclut nécessairement une instruction permettant de modifier la condition d’arrêt.

<<<

d = ["un", "deux", "trois"]
i = 0
while d[i] != "trois":
    i += 1
print("trois a pour position ", i)

>>>

    trois a pour position  2

Pilotage d’une boucle : continue

Pour certains éléments d’une boucle, lorsqu’il n’est pas nécessaire d’exécuter toutes les instructions, il est possible de passer directement à l’élément suivant ou l’itération suivante. Le programme suivant utilise le crible d’Eratosthène pour dénicher tous les nombres premiers compris entre 1 et 99.

Aparté sur le crible d’Eratosthène

Le crible d’Eratosthène est un algorithme permettant de déterminer les nombres premiers. Pour un nombre premier p, il paraît plus simple de considérer tous les entiers de p-1 à 1 pour savoir si l’un d’eux divise p. C’est ce qu’on fait lorsqu’on doit vérifier le caractère premier d’un seul nombre. Pour plusieurs nombres à la fois, le crible d’Eratosthène est plus efficace : au lieu de s’intéresser aux diviseurs, on s’intéresse aux multiples d’un nombre. Pour un nombre i, on sait que 2i, 3i, … ne sont pas premiers. On les raye de la liste. On continue avec i+1, 2(i+1), 3(i+1)

<<<

d = dict()
for i in range(1, 100):            # d [i] est vrai si i est un nombre premier
    d[i] = True                  # au début, comme on ne sait pas, on suppose
    # que tous les nombres sont premiers
for i in range(2, 100):
                                  # si d [i] est faux,
    if not d[i]:
        continue                  # les multiples de i ont déjà été cochés
        # et peut passer à l'entier suivant
    for j in range(2, 100):
        if i * j < 100:
            d[i * j] = False       # d [i*j] est faux pour tous les multiples de i
            # inférieurs à 100
print("liste des nombres premiers")
for i in d:
    if d[i]:
        print(i)

>>>

    liste des nombres premiers
    1
    2
    3
    5
    7
    11
    13
    17
    19
    23
    29
    31
    37
    41
    43
    47
    53
    59
    61
    67
    71
    73
    79
    83
    89
    97

Ce programme est équivalent au suivant :

<<<

d = dict()
for i in range(1, 100):
    d[i] = True

for i in range(2, 100):
    if d[i]:
        for j in range(2, 100):
            if i * j < 100:
                d[i * j] = False

print("liste des nombres premiers")
for i in d:
    if d[i]:
        print(i)

>>>

    liste des nombres premiers
    1
    2
    3
    5
    7
    11
    13
    17
    19
    23
    29
    31
    37
    41
    43
    47
    53
    59
    61
    67
    71
    73
    79
    83
    89
    97

Le mot-clé continue évite de trop nombreuses indentations et rend les programmes plus lisibles.

Pilotage d’une boucle : break

Lors de l’écriture d’une boucle while, il n’est pas toujours adéquat de résumer en une seule condition toutes les raisons pour lesquelles il est nécessaire d’arrêter l’exécution de cette boucle. De même, pour une boucle for, il n’est pas toujours utile de visiter tous les éléments de l’ensemble à parcourir. C’est le cas par exemple lorsqu’on recherche un élément, une fois qu’il a été trouvé, il n’est pas nécessaire d’aller plus loin. L’instruction break permet de quitter l’exécution d’une boucle.

<<<

l = [6, 7, 5, 4, 3]
n = 0
c = 5
for x in l:
    if x == c:
        break   # l'élément a été trouvé, on sort de la boucle
    n += 1             # si l'élément a été trouvé, cette instruction
    # n'est pas exécutée
print("l'élément ", c, "est en position ", n)

>>>

    l'élément  5 est en position  2

Si deux boucles sont imbriquées, l’instruction break ne sort que de la boucle dans laquelle elle est insérée. L’exemple suivant vérifie si un entier est la somme des carrés de deux entiers compris entre 1 et 20.

<<<

ens = range(1, 21)
n = 53
for x in ens:
    for y in ens:
        c = x * x + y * y
        if c == n:
            break
    if c == n:
        break   # cette seconde instruction break est nécessaire
        # pour sortir de la seconde boucle
        # lorsque la solution a été trouvée
if c == n:
    # le symbole \ permet de passer à la ligne sans changer d'instruction
    print(n, " est la somme des carrés de deux entiers :",
          x, "*", x, "+", y, "*", y, "=", n)
else:
    print(n, " n'est pas la somme des carrés de deux entiers")

>>>

    53  est la somme des carrés de deux entiers : 2 * 2 + 7 * 7 = 53

Fin normale d’une boucle : else

Le mot-clé else existe aussi pour les boucles et s’utilise en association avec le mot-clé break. L’instruction else est placée à la fin d’une boucle, indentée au même niveau que for ou while. Les lignes qui suivent le mot-clé else ne sont exécutées que si aucune instruction break n’a été rencontrée dans le corps de la boucle. On reprend l’exemple du paragraphe précédent. On recherche cette fois-ci la valeur 1 qui ne se trouve pas dans la liste L. Les lignes suivant le test if x == c ne seront jamais exécutées au contraire de la dernière.

<<<

L = [6, 7, 5, 4, 3]
n = 0
c = 1
for x in L:
    if x == c:
        print("l'élément ", c, " est en position ", n)
        break
    n += 1
else:
    print("aucun élément ", c, " trouvé")  # affiche aucun élément  1  trouvé

>>>

    aucun élément  1  trouvé

Les lignes dépendant de la clause else seront exécutées dans tous les cas où l’exécution de la boucle n’est pas interrompue par une instruction break ou une instruction return.

Suppression ou ajout d’éléments lors d’une boucle

En parcourant la liste en se servant des indices, il est possible de supprimer une partie de cette liste. Il faut néanmoins faire attention à ce que le code ne produise pas d’erreur comme c’est le cas pour le suivant. La boucle for parcourt la liste list(range(0, len(li))) qui n’est pas modifiée en même temps que l’instruction del li[i:i+2].

<<<

li = list(range(0, 10))
print(li)                # affiche [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
for i in range(0, len(li)):
    if i == 5:
        del li[i:i + 2]
    print(li[i])        # affiche successivement 0, 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9 et
    # produit une erreur
print(li)

>>>

    [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
    0
    1
    2
    3
    4
    7
    8
    9
    [runpythonerror]
    
    Traceback (most recent call last):
        exec(obj, globs, loc)
      File "", line 11, in <module>
      File "", line 8, in run_python_script_140077698710624
    IndexError: list index out of range

Le programme suivant marche parfaitement puisque cette fois-ci la boucle parcourt la liste li. En revanche, pour la suppression d’une partie de celle-ci, il est nécessaire de conserver en mémoire l’indice de l’élément visité. C’est le rôle de la variable i.

<<<

li = list(range(0, 10))
print(li)               # affiche [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
i = 0
for t in li:
    if i == 5:
        del li[i:i + 2]
    i = i + 1
    print(t)            # affiche successivement 0, 1, 2, 3, 4, 5, 8, 9
print(li)               # affiche [0, 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9]

>>>

    [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
    0
    1
    2
    3
    4
    5
    8
    9
    [0, 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9]

Le langage python offre la possibilité de supprimer des éléments d’une liste alors même qu’on est en train de la parcourir. Le programme qui suit ne marche pas puisque l’instruction del i ne supprime pas un élément de la liste mais l’identificateur i qui prendra une nouvelle valeur lors du passage suivant dans la boucle.

<<<

li = list(range(0, 10))
print(li)               # affiche [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
for i in li:
    if i == 5:
        del i
print(li)               # affiche [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

>>>

    [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
    [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

On pourrait construire des exemples similaires dans le cadre de l’ajout d’un élément à la liste. Il est en règle générale déconseillé de modifier une liste, un dictionnaire pendant qu’on le parcourt. Malgré tout, si cela s’avérait indispensable, il convient de faire plus attention dans ce genre de situations.

Fonctions

Les fonctions sont des petits programmes qui effectuent des tâches plus précises que le programme entier. On peut effectivement écrire un programme sans fonction mais ils sont en général illisibles. Une fonction décrit des traitement à faire sur les arguments qu’elle reçoit en supposant qu’ils existent. Utiliser des fonctions implique de découper un algorithme en tâches élémentaires. Le programme final est ainsi plus facile à comprendre. Un autre avantage est de pouvoir plus facilement isoler une erreur s’il s’en produit une : il suffit de tester une à une les fonctions pour déterminer laquelle retourne un mauvais résultat. L’avantage le plus important intervient lorsqu’on doit effectuer la même chose à deux endroits différentes d’un programme : une seule fonction suffit et elle sera appelée à ces deux endroitsfootnote{Pour les utilisateurs experts : en langage python, les fonctions sont également des variables, elles ont un identificateur et une valeur qui est dans ce cas un morceau de code. Cette précision explique certaines syntaxes du chapitre tkinter sur les interfaces graphiques ou celle introduite en fin de chapitre au paragraphe paragraphe_fonction_variable.

Définition, syntaxe

Définition D2 : fonction

Une fonction est une partie d’un programme - ou sous-programme - qui fonctionne indépendamment du reste du programme. Elle reçoit une liste de paramètres et retourne un résultat. Le corps de la fonction désigne toute instruction du programme qui est exécutée si la fonction est appelée.

Lorsqu’on écrit ses premiers programme, on écrit souvent des fonctions plutôt longues avant de s’apercevoir que certains parties sont identiques ailleurs. On extrait donc la partie répétée pour en faire une fonction. Avec l’habitude, on finit par écrire des fonctions plus petites et réutilisables.

Syntaxe S6 : Déclaration d’une fonction

def fonction_nom (par_1, ..., par_n) :
    instruction_1
    ...
    instruction_n
    return res_1, ..., res_n

fonction_nom est le nom de la fonction, il suit les mêmes règles que le nom des variables. par_1 à par_n sont les noms des paramètres et res_1 à res_n sont les résultats retournés par la fonction. Les instructions associées à une fonction doivent être indentées par rapport au mot-clé def.

S’il n’y a aucun résultat, l’instruction return est facultative ou peut être utilisée seule sans être suivie par une valeur ou une variable. Cette instruction peut apparaître plusieurs fois dans le code de la fonction mais une seule d’entre elles sera exécutée. A partir de ce moment, toute autre instruction de la fonction sera ignorée. Pour exécuter une fonction ainsi définie, il suffit de suivre la syntaxe suivante :

Syntaxe S7 : Appel d’une fonction

x_1, ..., x_n = fonction_nom (valeur_1, valeur_2, ..., valeur_n)

fonction_nom est le nom de la fonction, valeur_1 à valeur_n sont les noms des paramètres, x_1 à x_n reçoivent les résultats retournés par la fonction. Cette affectation est facultative. Si on ne souhaite pas conserver les résultats, on peut donc appeler la fonction comme suit :

fonction_nom (valeur_1, valeur_2, ..., valeur_n)

Lorsqu’on commence à programmer, il arrive parfois qu’on confonde le rôle des mots-clés print et return. Il faut se souvenir que l’instruction print n’a pas d’impact sur le déroulement du programme. Elle sert juste à visualiser le contenu d’une variable. Sans l’instruction return, toute fonction retourne None.

Exemple

Le programme suivant utilise deux fonctions. La première convertit des coordonnées cartésiennes en coordonnées polaires. Elle prend deux réels en paramètres et retourne deux autres réels. La seconde fonction affiche les résultats de la première pour tout couple de valeurs (x,y). Elle ne retourne aucun résultat.

<<<

import math


def coordonnees_polaires(x, y):
    rho = math.sqrt(x * x + y * y)   # calcul la racine carrée de x*x+y*y
    theta = math.atan2(y, x)     # calcule l'arc tangente de y/x en tenant
    # compte des signes de x et y
    return rho, theta


def affichage(x, y):
    r, t = coordonnees_polaires(x, y)
    print("cartésien (%f,%f) --> polaire (%f,%f degrés)"
          % (x, y, r, math.degrees(t)))


affichage(1, 1)
affichage(0.5, 1)
affichage(-0.5, 1)
affichage(-0.5, -1)
affichage(0.5, -1)

>>>

    cartésien (1.000000,1.000000) --> polaire (1.414214,45.000000 degrés)
    cartésien (0.500000,1.000000) --> polaire (1.118034,63.434949 degrés)
    cartésien (-0.500000,1.000000) --> polaire (1.118034,116.565051 degrés)
    cartésien (-0.500000,-1.000000) --> polaire (1.118034,-116.565051 degrés)
    cartésien (0.500000,-1.000000) --> polaire (1.118034,-63.434949 degrés)

Paramètres avec des valeurs par défaut

Lorsqu’une fonction est souvent appelée avec les mêmes valeurs pour ses paramètres, il est possible de spécifier pour ceux-ci une valeur par défaut.

Syntaxe S8 : Valeurs par défaut

def fonction_nom (param_1, param_2 = valeur_2, ..., param_n = valeur_n):
    ...

fonction_nom est le nom de la fonction. param_1 à param_n sont les noms des paramètres, valeur_2 à valeur_n sont les valeurs par défaut des paramètres param_2 à param_n. La seule contrainte lors de cette définition est que si une valeur par défaut est spécifiée pour un paramètre, alors tous ceux qui suivent devront eux aussi avoir une valeur par défaut.

Exemple : %

<<<

def commander_carte_orange(nom, prenom, paiement="carte", nombre=1, zone=2):
    print("nom : ", nom)
    print("prénom : ", prenom)
    print("paiement : ", paiement)
    print("nombre : ", nombre)
    print("zone :", zone)


commander_carte_orange("Dupré", "Xavier", "chèque")
# les autres paramètres nombre et zone auront pour valeur
# leurs valeurs par défaut

>>>

    nom :  Dupré
    prénom :  Xavier
    paiement :  chèque
    nombre :  1
    zone : 2

Il est impossible qu’un paramètre sans valeur par défaut associée se situe après un paramètre dont une valeur par défaut est précisée. Le programme suivant ne pourra être exécuté.

def commander_carte_orange (nom, prenom, paiement="carte", nombre=1, zone):
    print("nom : ", nom)
    # ...

Il déclenche l’erreur suivante :

File "problem_zone.py", line 1
    def commander_carte_orange (nom, prenom, paiement = "carte", nombre = 1, zone):
SyntaxError: non-default argument follows default argument

Les valeurs par défaut de type modifiable (liste, dictionnaire, ensemble, classes) peuvent introduire des erreurs inattendues dans les programmes comme le montre l’exemple suivant :

<<<

def fonction(l=[0, 0]):
    l[0] += 1
    return l


print(fonction())        # affiche [1,0] : résultat attendu
print(fonction())        # affiche [2,0] : résultat surprenant
print(fonction([0, 0]))   # affiche [1,0] : résultat attendu

>>>

    [1, 0]
    [2, 0]
    [1, 0]

L’explication provient du fait que la valeur par défaut est une liste qui n’est pas recréée à chaque appel : c’est la même liste à chaque fois que la fonction est appelée sans paramètre. Pour remédier à cela, il faudrait écrire :

<<<

import copy


def fonction(l=[0, 0]):
    l = copy.copy(l)
    l[0] += 1
    return l

>>>

    

L’exercice Hypercube et autres exercices propose un exemple plus complet, voire retors.

Ordre des paramètres

Le paragraphe Définition, syntaxe a présenté la syntaxe d’appel a une fonction. Lors de l’appel, le nom des paramètres n’intervient plus, supposant que chaque paramètre reçoit pour valeur celle qui a la même position que lui lors de l’appel à la fonction. Il est toutefois possible de changer cet ordre en précisant quel paramètre doit recevoir quelle valeur.

x_1, ..., x_n = fonction_nom (param_1 = valeur_1, ..., param_n = valeur_n)

fonction_nom est le nom de la fonction, param_1 à param_n sont les noms des paramètres, valeur_1 à valeur_n sont les valeurs que reçoivent ces paramètres. Avec cette syntaxe, l’ordre d’écriture n’importe pas. La valeur valeur_i sera toujours attribuée à param_i. Les variables x_1 à x_n reçoivent les résultats retournés par la fonction. L’ordre des résultats ne peut pas être changé. S’il y a plusieurs résultats retournés, il est impossible de choisir lesquels conserver : soit tous, soit aucun.

Exemple :

<<<

def identite(nom, prenom):
    print("nom : ", nom, " prénom : ", prenom)


identite("Xavier", "Dupré")                 # nom :  Xavier prénom :  Dupré
identite(prenom="Xavier", nom="Dupré")  # nom :  Dupré  prénom :  Xavier

>>>

    nom :  Xavier  prénom :  Dupré
    nom :  Dupré  prénom :  Xavier

Cette possibilité est intéressante surtout lorsqu’il y a de nombreux paramètres par défaut et que seule la valeur d’un des derniers paramètres doit être changée.

<<<

def commander_carte_orange(paiement="carte", nombre=1, zone=2):
    print("paiement : ", paiement)
    print("nombre : ", nombre)
    print("zone :", zone)


commander_carte_orange(zone=5)  # seule la valeur par défaut
# du paramètre zone sera changée

>>>

    paiement :  carte
    nombre :  1
    zone : 5

Surcharge de fonction

Contrairement à d’autres langages, python n’autorise pas la surcharge de fonction. Autrement dit, il n’est pas possible que plusieurs fonctions portent le même nom même si chacune d’entre elles a un nombre différent de paramètres.

<<<

def fonction(a, b):
    return a + b


def fonction(a, b, c):
    return a + b + c


print(fonction(5, 6))
print(fonction(5, 6, 7))

>>>

    
    [runpythonerror]
    
    Traceback (most recent call last):
        exec(obj, globs, loc)
      File "", line 11, in <module>
      File "", line 9, in run_python_script_140077686129720
    TypeError: fonction() missing 1 required positional argument: 'c'

Le petit programme précédent est syntaxiquement correct mais son exécution génère une erreur parce que la seconde définition de la fonction fonction efface la première.

Commentaires

Le langage python propose une fonction help qui retourne pour chaque fonction un commentaire ou mode d’emploi qui indique comment se servir de cette fonction. L’exemple suivant affiche le commentaire associé à la fonction round.

>>> help (round)

Help on built-in function round:

round(...)
    round(number[, ndigits]) -> floating point number

    Round a number to a given precision in decimal digits (default 0 digits).
    This always returns a floating point number.  Precision may be negative.

Lorsqu’on utilise cette fonction help sur la fonction coordonnees_polaires définie dans l’exemple du paragraphe précédent, le message affiché n’est pas des plus explicites.

>>> help (coordonnees_polaires)

Help on function coordonnees_polaires in module __main__:

coordonnees_polaires(x, y)

Pour changer ce message, il suffit d’ajouter en première ligne du code de la fonction une chaîne de caractères.

<<<

import math


def coordonnees_polaires(x, y):
    """
    convertit des coordonnées cartésiennes en coordonnées polaires
    (x,y) --> (pho,theta)
    """
    rho = math.sqrt(x * x + y * y)
    theta = math.atan2(y, x)
    return rho, theta


help(coordonnees_polaires)

>>>

    Help on function coordonnees_polaires in module pyquickhelper.sphinxext.sphinx_runpython_extension:
    
    coordonnees_polaires(x, y)
        convertit des coordonnées cartésiennes en coordonnées polaires
        (x,y) --> (pho,theta)

Le programme affiche alors un message d’aide nettement plus explicite. Il est conseillé d’écrire ce commentaire pour toute nouvelle fonction avant même que son corps ne soit écrit. L’expérience montre qu’on oublie souvent de l’écrire après.

Paramètres modifiables

Les paramètres de types immuables et modifiables se comportent de manières différentes à l’intérieur d’une fonction. Ces paramètres sont manipulés dans le corps de la fonction, voire modifiés parfois. Selon le type du paramètre, ces modifications ont des répercussions à l’extérieur de la fonction.

Les types immuables ne peuvent être modifiés et cela reste vrai. Lorsqu’une fonction accepte un paramètre de type immuable, elle ne reçoit qu’une copie de sa valeur. Elle peut donc modifier ce paramètre sans que la variable ou la valeur utilisée lors de l’appel de la fonction n’en soit affectée. On appelle ceci un passage de paramètre par valeur. A l’opposé, toute modification d’une variable d’un type modifiable à l’intérieur d’une fonction est répercutée à la variable qui a été utilisée lors de l’appel de cette fonction. On appelle ce second type de passage un passage par adresse.

L’exemple suivant utilise une fonction somme_n_premier_terme qui modifie ces deux paramètres. Le premier n, est immuable, sa modification n’a aucune incidence sur la variable nb. En revanche, le premier élément du paramètre liste reçoit la valeur 0. Le premier élément de la liste l n’a plus la même valeur après l’appel de la fonction somme_n_premier_terme que celle qu’il avait avant.

<<<

def somme_n_premier_terme(n, liste):
    """calcul la somme des n premiers termes d'une liste"""
    somme = 0
    for i in liste:
        somme += i
        n -= 1             # modification de n (type immuable)
        if n <= 0:
            break
    liste[0] = 0           # modification de liste (type modifiable)
    return somme


l = [1, 2, 3, 4]
nb = 3
# affiche   avant la fonction  3 [1, 2, 3, 4]
print("avant la fonction ", nb, l)
s = somme_n_premier_terme(nb, l)
# affiche   après la fonction  3 [0, 2, 3, 4]
print("après la fonction ", nb, l)
print("somme : ", s)                # affiche   somme :  6

>>>

    avant la fonction  3 [1, 2, 3, 4]
    après la fonction  3 [0, 2, 3, 4]
    somme :  6

La liste l est modifiée à l’intérieur de la fonction somme_n_premier_terme comme l’affichage suivant le montre. En fait, à l’intérieur de la fonction, la liste l est désignée par l’identificateur liste, c’est la même liste. La variable nb est d’un type immuable. Sa valeur a été recopiée dans le paramètre n de la fonction somme_n_premier_terme. Toute modification de n à l’intérieur de cette fonction n’a aucune répercussion à l’extérieur de la fonction.

Passage par adresse

Dans l’exemple précédent, il faut faire distinguer le fait que la liste passée en paramètre ne soit que modifiée et non changée. L’exemple suivant inclut une fonction qui affecte une nouvelle valeur au paramètre liste sans pour autant modifier la liste envoyée en paramètre.

def fonction (liste):
    liste = []

liste = [0,1,2]
print(liste)       # affiche [0,1,2]
fonction(liste)
print(liste)       # affiche [0,1,2]

Il faut considérer dans ce programme que la fonction fonction reçoit un paramètre appelé liste mais utilise tout de suite cet identificateur pour l’associer à un contenu différent. L’identificateur liste est en quelque sorte passé du statut de paramètre à celui de variable locale. La fonction associe une valeur à liste - ici, une liste vide - sans toucher à la valeur que cet identificateur désignait précédemment.

Le programme qui suit est différent du précédent mais produit les mêmes effets. Ceci s’explique par le fait que le mot-clé del ne supprime pas le contenu d’une variable mais seulement son identificateur. Le langage python détecte ensuite qu’un objet n’est plus désigné par aucun identificateur pour le supprimer. Cette remarque est à rapprocher de celles du paragraphe Copie d’instances.

<<<

def fonction(liste):
    del liste


liste = [0, 1, 2]
print(liste)       # affiche [0,1,2]
fonction(liste)
print(liste)       # affiche [0,1,2]

>>>

    [0, 1, 2]
    [0, 1, 2]

Le programme qui suit permet cette fois-ci de vider la liste liste passée en paramètre à la fonction fonction. La seule instruction de cette fonction modifie vraiment le contenu désigné par l’identificateur liste et cela se vérifie après l’exécution de cette fonction.

<<<

def fonction(liste):
    del liste[0:len(liste)]  # on peut aussi écrire : liste[:] = []


liste = [0, 1, 2]
print(liste)       # affiche [0,1,2]
fonction(liste)
print(liste)       # affiche []

>>>

    [0, 1, 2]
    []

Fonction récursive

Définition D3 : fonction récursive

Une fonction récursive est une fonction qui s’appelle elle-même.

La fonction récursive la plus fréquemment citée en exemple est la fonction factorielle. Celle-ci met en évidence les deux composantes d’une fonction récursive, la récursion proprement dite et la condition d’arrêt.

def factorielle(n):
    if n == 0: return 1
    else: return n * factorielle(n-1)

La dernière ligne de la fonction factorielle est la récursion tandis que la précédente est la condition d’arrêt, sans laquelle la fonction ne cesserait de s’appeler, empêchant le programme de terminer son exécution. Si celle-ci est mal spécifiée ou absente, l’interpréteur python affiche une suite ininterrompue de messages. python n’autorise pas plus de 1000 appels récursifs : factorielle(999) provoque nécessairement une erreur d’exécution même si la condition d’arrêt est bien spécifiée.

Traceback (most recent call last):
  File "fact.py", line 5, in <module>
    factorielle(999)
  File "fact.py", line 3, in factorielle
    else : return n * factorielle(n-1)
  File "fact.py", line 3, in factorielle
    else : return n * factorielle(n-1)
  ...

La liste des messages d’erreurs est aussi longue qu’il y a eu d’appels à la fonction récursive. Dans ce cas, il faut transformer cette fonction en une fonction non récursive équivalente, ce qui est toujours possible.

def factorielle_non_recursive(n):
    r = 1
    for i in range (2, n+1) :
        r *= i
    return r

Portée des variables, des paramètres

Lorsqu’on définit une variable, elle n’est pas utilisable partout dans le programme. Par exemple, elle n’est pas utilisable avant d’avoir été déclarée au moyen d’une affectation. Le court programme suivant déclenche une erreur.

<<<

print(x)   # déclenche une erreur

>>>

    
    [runpythonerror]
    
    Traceback (most recent call last):
        exec(obj, globs, loc)
      File "", line 4, in <module>
      File "", line 3, in run_python_script_140077686518120
    NameError: name 'x' is not defined

Il est également impossible d’utiliser une variable à l’extérieur d’une fonction où elle a été déclarée. Plusieurs fonctions peuvent ainsi utiliser le même nom de variable sans qu’à aucun moment, il n’y ait confusion. Le programme suivant déclenche une erreur identique à celle reproduite ci-dessus.

<<<

def portee_variable(x):
    var = x
    print(var)


portee_variable(3)
print(var)          # déclenche une erreur car var est déclarée dans
# la fonction portee_variable

>>>

    3
    [runpythonerror]
    
    Traceback (most recent call last):
        exec(obj, globs, loc)
      File "", line 10, in <module>
      File "", line 8, in run_python_script_140077686577912
    NameError: name 'var' is not defined

Définition D4 : portée d’un variable

La portée d’une variable associée à un identificateur recouvre la portion du programme à l’intérieur de laquelle ce même identificateur la désigne. Ceci implique que, dans cette portion de code, aucune autre variable, aucune autre fonction, aucune autre classe, ne peut porter le même identificateur.

Une variable n’a donc d’existence que dans la fonction dans laquelle elle est déclarée. On appelle ce type de variable une variable locale. Par défaut, toute variable utilisée dans une fonction est une variable locale.

Définition D5 : variable locale

Une variable locale est une variable dont la portée est réduite à une fonction.

Par opposition aux variables locales, on définit les variables globales qui sont déclarées à l’extérieur de toute fonction.

Définition D6 : variable globale

Une variable globale est une variable dont la portée est l’ensemble du programme.

L’exemple suivant mélange variable locale et variable globale. L’identificateur n est utilisé à la fois pour désigner une variable globale égale à 1 et une variable locale égale à 1. A l’intérieur de la fonction, n désigne la variable locale égale à 2. A l’extérieur de la fonction, n désigne la variable globale égale à 1.

<<<

n = 1                   # déclaration d'une variable globale


def locale_globale():
    n = 2               # déclaration d'une variable locale
    print(n)            # affiche le contenu de la variable locale


print(n)                # affiche 1
locale_globale()        # affiche 2
print(n)                # affiche 1

>>>

    1
    2
    1

Il est possible de faire référence aux variables globales dans une fonction par l’intermédiaire du mot-clé global. Celui-ci indique à la fonction que l’identificateur n n’est plus une variable locale mais désigne une variable globale déjà déclarée.

<<<

n = 1                   # déclaration d'une variable globale


def locale_globale():
    global n            # cette ligne indique que n désigne la variable globale
    n = 2               # change le contenu de la variable globale
    print(n)            # affiche le contenu de la variable globale


print(n)                # affiche 1
locale_globale()        # affiche 2
print(n)                # affiche 2

>>>

    1
    2
    1

Cette possibilité est à éviter le plus possible car on peut considérer que locale_globale est en fait une fonction avec un paramètre caché. La fonction locale_globale n’est plus indépendante des autres fonctions puisqu’elle modifie une des données du programme.

Portée des fonctions

Le langage python considère les fonctions également comme des variables d’un type particulier. La portée des fonctions obéit aux mêmes règles que celles des variables. Une fonction ne peut être appelée que si elle a été définie avant son appel.

<<<

def factorielle(n):
    # ...
    return 1


print(type(factorielle))  # affiche <type 'function'>

>>>

    <class 'function'>

Comme il est possible de déclarer des variables locales, il est également possible de définir des fonctions locales ou fonctions imbriquées. Une fonction locale n’est appelable qu’à l’intérieur de la fonction dans laquelle elle est définie. Dans l’exemple suivant, la fonction affiche_pair inclut une fonction locale qui n’est appelable que par cette fonction affiche_pair.

<<<

def affiche_pair():
    def fonction_locale(i):            # fonction locale ou imbriquée
        if i % 2 == 0:
            return True
        else:
            return False
    for i in range(0, 10):
        if fonction_locale(i):
            print(i)


affiche_pair()
fonction_locale(5)      # l'appel à cette fonction locale
# déclenche une erreur d'exécution

>>>

    0
    2
    4
    6
    8
    [runpythonerror]
    
    Traceback (most recent call last):
        exec(obj, globs, loc)
      File "", line 14, in <module>
      File "", line 12, in run_python_script_140077686967320
    NameError: name 'fonction_locale' is not defined

A l’intérieur d’une fonction locale, le mot-clé global désigne toujours les variables globales du programme et non les variables de la fonction dans laquelle cette sous-fonction est définie.

Nombre de paramètres variable

Il est possible de définir des fonctions qui prennent un nombre indéterminé de paramètres, lorsque celui-ci n’est pas connu à l’avance. Hormis les paramètres transmis selon le mode présenté dans les paragraphes précédents, des informations peuvent être ajoutées à cette liste lors de l’appel de la fonction, ces informations sont regroupées soit dans une liste de valeurs, soit dans une liste de couples (identificateur, valeur). La déclaration d’une telle fonction obéit à la syntaxe suivante :

Syntaxe S9 : Nombre indéfini de paramètres

def fonction (param_1, ..., param_n, *liste, **dictionnaire) :

fonction est un nom de fonction, param_1 à param_n sont des paramètres de la fonction, liste est le nom de la liste qui doit recevoir la liste des valeurs seules envoyées à la fonction et qui suivent les paramètres (plus précisément, c’est un tuple), dictionnaire reçoit la liste des couples (identificateur, valeur). L’appel à cette fonction suit quant à lui la syntaxe suivante :

fonction (valeur_1, ..., valeur_n, \
          liste_valeur_1, ..., liste_valeur_p, \
          nom_1 = v_1, ..., nom_q = v_q)

fonction est un nom de fonction, valeur_1 à valeur_n sont les valeurs associées aux paramètres param_1 à param_n, liste_valeur_1 à liste_valeur_p formeront la liste liste, les couples nom_1 : v_1 à nom_q : v_q formeront le dictionnaire dictionnaire.

Exemple :

<<<

def fonction(p, *l, **d):
    print("p = ", p)
    print("liste (tuple) l :", l)
    print("dictionnaire d :", d)


fonction(1, 2, 3, a=5, b=6)  # 1 est associé au paramètre p
# 2 et 3 sont insérés dans la liste l
# a=5 et b=6 sont insérés dans le dictionnaire d

>>>

    p =  1
    liste (tuple) l : (2, 3)
    dictionnaire d : {'a': 5, 'b': 6}

A l’instar des paramètres par défaut, la seule contrainte de cette écriture est la nécessité de respecter l’ordre dans lequel les informations doivent apparaître. Lors de l’appel, les valeurs sans précision de nom de paramètre seront placées dans une liste (ici le tuple l). Les valeurs associées à un nom de paramètre seront placées dans un dictionnaire (ici d). Les valeurs par défaut sont obligatoirement placées après les paramètres non nommés explicitement.

Une fonction qui accepte des paramètres en nombre variable peut à son tour appeler une autre fonction acceptant des paramètres en nombre variable. Il faut pour cela se servir du symbole * afin de transmettre à fonction les valeurs reçues par fonction2.

<<<

def fonction(p, *l, **d):
    print("p = ", p)
    print("liste l :", l)
    print("dictionnaire d :", d)


def fonction2(p, *l, **d):
    l += (4,)              # on ajoute une valeur au tuple
    d["c"] = 5            # on ajoute un couple (paramètre,valeur)
    fonction(p, *l, **d)  # ne pas oublier le symbole *


fonction2(1, 2, 3, a=5, b=6)

>>>

    p =  1
    liste l : (2, 3, 4)
    dictionnaire d : {'a': 5, 'b': 6, 'c': 5}

Ecriture simplifiée pour des fonctions simples : lambda

Lorsque le code d’une fonction tient en une ligne et est le résultat d’une expression, il est possible de condenser son écriture à l’aide du mot-clé lambda.

nom_fonction = lambda param_1, ..., param_n : expression

nom_fonction est le nom de la fonction, param_1 à param_n sont les paramètres de cette fonction (ils peuvent également recevoir des valeurs par défaut), expression est l’expression retournée par la fonction.

L’exemple suivant utilise cette écriture pour définir la fonction min retournant le plus petit entre deux nombres positifs.

<<<

min = lambda x, y: (abs(x + y) - abs(x - y)) / 2

print(min(1, 2))      # affiche 1
print(min(5, 4))      # affiche 4

>>>

    1.0
    4.0

Cette écriture correspond à l’écriture non condensée suivante :

<<<

def min(x, y):
    return (abs(x + y) - abs(x - y)) / 2


print(min(1, 2))      # affiche 1
print(min(5, 4))      # affiche 4

>>>

    1.0
    4.0

La fonction lambda considère le contexte de fonction qui la contient comme son contexte. Il est possible de créer des fonctions lambda mais celle-ci utiliseront le contexte dans l’état où il est au moment de son exécution et non au moment de sa création.

<<<

fs = []
for a in range(0, 10):
    f = lambda x: x + a
    fs.append(f)
for f in fs:
    print(f(1))   # le programme affiche 10 fois 10 de suite
    # car la variable a vaut dix à la fin de la boucle

>>>

    10
    10
    10
    10
    10
    10
    10
    10
    10
    10

Pour que le programme affiche les entiers de 1 à 10, il faut préciser à la fonction lambda une variable y égale à a au moment de la création de la fonction et qui sera intégrée au contexte de la fonction lambda :

<<<

fs = []
for a in range(0, 10):
    f = lambda x, y=a: x + y   # ligne changée
    fs.append(f)
for f in fs:
    print(f(1))

>>>

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10

Fonctions générateur

Le mot-clé yield est un peu à part. Utilisé à l’intérieur d’une fonction, il permet d’interrompre le cours de son exécution à un endroit précis de sorte qu’au prochain appel de cette fonction, celle-ci reprendra le cours de son exécution exactement au même endroit avec des variables locales inchangées. Le mot-clé return ne doit pas être utilisé. Ces fonctions ou générateurs sont utilisées en couple avec le mot-clé for pour simuler un ensemble. L’exemple suivant implémente une fonction fonction_yield qui simule l’ensemble des entiers compris entre 0 et n exclu

<<<

def fonction_yield(n):
    i = 0
    while i < n - 1:
        print("yield 1")  # affichage : pour voir ce que fait le programme
        yield i          # arrête la fonction qui reprendra
        i = i + 1          # à la ligne suivante lors du prochain appel
    print("yield 2")     # affichage : pour voir ce que fait le programme
    yield i              # arrête la fonction qui ne reprendra pas
    # lors du prochain appel car le code de la fonction
    # prend fin ici


for a in fonction_yield(2):
    print(a)                # affiche tous les éléments que retourne la
    # fonction fonction_yield, elle simule la liste
    # [0,1]
print("-----------------------------------------------")
for a in fonction_yield(3):
    print(a)                # nouvel appel, l'exécution reprend
    # au début de la fonction,
    # affiche tous les éléments que retourne la
    # fonction fonction_yield, elle simule la liste
    # [0,1,2]

>>>

    yield 1
    0
    yield 2
    1
    -----------------------------------------------
    yield 1
    0
    yield 1
    1
    yield 2
    2

Le programme affiche tous les entiers compris entre~0 et 4 inclus ainsi que le texte "yield 1" ou "yield 2" selon l’instruction yield qui a retourné le résultat. Lorsque la fonction a finalement terminé son exécution, le prochain appel agit comme si c’était la première fois qu’on l’appelait.

Identificateur appelable

La fonction callable retourne un booléen permettant de savoir si un identificateur est une fonction (voir Classes), de savoir par conséquent si tel identificateur est appelable comme une fonction.

<<<

x = 5


def y():
    return None


print(callable(x))  # affiche False car x est une variable
print(callable(y))  # affiche True car y est une fonction

>>>

    False
    True

Compilation dynamique (eval)

Cette fonction a déjà été abordée lors des paragraphes :Fonction print, repr et conversion en chaîne de caractères ou Fonction eval. Elle évalue toute chaîne de caractères contenant une expression écrite avec la syntaxe du langage python. Cette expression peut utiliser toute variable ou toute fonction accessible au moment où est appelée la fonction eval.

<<<

x = 3
y = 4
print(eval("x*x+y*y+2*x*y"))  # affiche 49
print((x + y)**2)                # affiche 49

>>>

    49
    49

Si l’expression envoyée à la fonction eval inclut une variable non définie, l’interpréteur python génère une erreur comme le montre l’exemple suivant.

<<<

x = 3
y = 4
print(eval("x*x+y*y+2*x*y+z"))

>>>

    
    [runpythonerror]
    
    Traceback (most recent call last):
        exec(obj, globs, loc)
      File "", line 6, in <module>
      File "", line 5, in run_python_script_140077687133960
      File "<string>", line 1, in <module>
    NameError: name 'z' is not defined

La variable z n’est pas définie et l’expression n’est pas évaluable. L’erreur se produit dans une chaîne de caractères traduite en programme informatique, c’est pourquoi l’interpréteur ne peut pas situer l’erreur dans un fichier. L’erreur ne se produit dans aucun fichier, cette chaîne de caractères pourrait être définie dans un autre.

Compilation dynamique (compile, exec)

Plus complète que la fonction eval, la fonction compile permet d’ajouter une ou plusieurs fonctions au programme, celle-ci étant définie par une chaîne de caractères. Le code est d’abord compilé (fonction compile) puis incorporé au programme (fonction exec) comme le montre l’exemple suivant.

<<<

import math
str = """def coordonnees_polaires(x,y):
    rho     = math.sqrt(x*x+y*y)
    theta   = math.atan2 (y,x)
    return rho, theta"""          # fonction définie par une chaîne de caractères

obj = compile(str, "", "exec")      # fonction compilée
exec(obj)                         # fonction incorporée au programme
# affiche (1.4142135623730951, 0.78539816339744828)
print(coordonnees_polaires(1, 1))

>>>

    (1.4142135623730951, 0.7853981633974483)

La fonction compile prend en fait trois arguments. Le premier est la chaîne de caractères contenant le code à compiler. Le second paramètre ("" dans l’exemple) contient un nom de fichier dans lequel seront placées les erreurs de compilation. Le troisième paramètre est une chaîne de caractères à choisir parmi « exec » ou « eval ». Selon ce choix, ce sera la fonction exec ou eval qui devra être utilisée pour agréger le résultat de la fonction compile au programme. L’exemple suivant donne un exemple d’utilisation de la fonction compile avec la fonction eval.

<<<

import math
str = """math.sqrt(x*x+y*y)"""  # expression définie par une chaîne de caractères

obj = compile(str, "", "eval")    # expression compilée
x = 1
y = 2
print(eval(obj))                # résultat de l'expression

>>>

    2.23606797749979

Indentation

L’indentation est synonyme de décalage. Pour toute boucle, test, fonction, et plus tard, toute définition de classe, le fait d’indenter ou décaler les lignes permet de définir une dépendance d’un bloc de lignes par rapport à un autre. Les lignes indentées par rapport à une boucle for dépendent de celle-ci puisqu’elle seront exécutées à chaque passage dans la boucle. Les lignes indentées par rapport au mot-clé def sont considérées comme faisant partie du corps de la fonction.

IndentationError est l’erreur que l’interpréteur python retourne en cas de mauvaise indentation (voir tests).

Contrairement à d’autres langages comme le C ou PERL, python n’utilise pas de délimiteurs pour regrouper les lignes. L’indentation, souvent présentée comme un moyen de rendre les programmes plus lisibles, est ici intégrée à la syntaxe du langage. Il n’y a pas non plus de délimiteurs entre deux instructions autre qu’un passage à la ligne. Le caractère \ placé à la fin d’une ligne permet de continuer l’écriture d’une instruction à la ligne suivante.

Fonctions usuelles

Certaines fonctions sont communes aux dictionnaires et aux listes, elles sont également définis pour de nombreux objets présents dans les extensions du langages. Quelque soit le contexte, le résultat attendu à la même signification. Les plus courantes sont présentées plus bas.

La fonction map permet d’écrire des boucles de façon simplifiée. Elle est utile dans le cas où on souhaite appliquer la même fonction à tous les éléments d’un ensemble. Par exemple les deux dernières lignes du programme suivant sont équivalentes.

<<<

def est_pair(n):
    return n % 2 == 0


l = [0, 3, 4, 4, 5, 6]
print([est_pair(i) for i in l])  # affiche [0, 1, 0, 0, 1, 0]
print(map(est_pair, l))
print(list(map(est_pair, l)))       # affiche [0, 1, 0, 0, 1, 0]

>>>

    [True, False, True, True, False, True]
    <map object at 0x7f6660c402b0>
    [True, False, True, True, False, True]

La fonction map retourne un itérateur et non un ensemble. Cela explique le second résultat du programme précédent. Pour obtenir les résultats, il faut explicitement parcourir l’ensemble des résultats. C’est ce que fait la dernière instruction. La fonction map est une fonction générateur. Elle peut aider à simplifier l’écriture lorsque plusieurs listes sont impliquées. Ici encore, les deux dernières lignes sont équivalentes.

<<<

def addition(x, y):
    return x + y


li = [0, 3, 4, 4, 5, 6]
mo = [1, 3, 4, 5, 6, 8]
print([addition(li[i], mo[i]) for i in range(0, len(li))])
print(list(map(addition, li, mo)))   # affiche [1, 6, 8, 9, 11, 14]

>>>

    [1, 6, 8, 9, 11, 14]
    [1, 6, 8, 9, 11, 14]

Il est possible de substituer d’utiliser la fonction map pour obtenir l’équivalent de la fonction zip.

<<<

li = [0, 3, 4, 4, 5, 6]
mo = [1, 3, 4, 5, 6, 8]
print(list(map((lambda x, y: (x, y)), li, mo)))
print(list(zip(li, mo)))

>>>

    [(0, 1), (3, 3), (4, 4), (4, 5), (5, 6), (6, 8)]
    [(0, 1), (3, 3), (4, 4), (4, 5), (5, 6), (6, 8)]

Comme pour les dictionnaires, la fonction sorted permet de parcourir les éléments d’une liste de façon ordonnée. Les deux exemples qui suivent sont presque équivalents. Dans le second, la liste li demeure inchangée alors qu’elle est triée dans le premier programme.

<<<

li = [4, 5, 3, -6, 7, 9]

for n in sorted(li):    # on parcourt la liste li
    print(n)            # de façon triée
print(li)               # la liste li n'est pas triée

li.sort()               # la liste est triée
for n in li:
    print(n)

>>>

    -6
    3
    4
    5
    7
    9
    [4, 5, 3, -6, 7, 9]
    -6
    3
    4
    5
    7
    9

La fonction enumerate permet d’éviter l’emploi de la fonction range lorsqu’on souhaite parcourir une liste alors que l’indice et l’élément sont nécessaires.

<<<

li = [4, 5, 3, -6, 7, 9]

for i in range(0, len(li)):
    print(i, li[i])

print("--")

for i, v in enumerate(li):
    print(i, v)

>>>

    0 4
    1 5
    2 3
    3 -6
    4 7
    5 9
    --
    0 4
    1 5
    2 3
    3 -6
    4 7
    5 9

Voici la liste non exhaustive de fonctions définies par le langage python sans qu’aucune extension ne soit nécessaire.

abs (x)

Retourne la valeur absolue de x.

callable (x)

Dit si la variable x peut être appelée.

chr (i)

Retourne le caractère associé au code numérique i.

cmp (x,y)

Compare x et y, retourne -1 si x<y, 0 en cas d’égalité, 1 sinon.

dir (x)

Retourne l’ensemble des méthodes associées à x qui peut être un objet, un module, un variable, …

enumerate(x)

Parcourt un ensemble itérable (voir paragraphe fonction_sorted_enumerate.

help(x)

Retourne l’aide associée à x.

id(x)

Retourne un identifiant unique associé à l’objet x. Le mot-clé is est relié à cet identifiant.

isinstance(x, classe)

Dit si l’objet x est de type classe (voir le chapitre Classes).

issubclass(cl1, cl2)

Dit si la classe cl1 hérite de la classe cl2 (voir le chapitre Classes).

len(l)

Retourne la longueur de l.

map(f,l1,l2,...)

Applique la fonction f sur les listes l1, l2

max(l)

Retourne le plus grand élément de l.

min(l)

Retourne le plus petit élément de l.

ord(s)

Fonction réciproque de chr.

range(i,j[,k])

Construit la liste des entiers de i à j. Si k est précisé, va de k en k à partir de i.

reload(module)

Recharge un module (voir Modules).

repr(o)

Retourne une chaîne de caractères qui représente l’objet o.

round(x[,n])

Arrondi x à n décimales près ou aucune si n n’est pas précisé.

sorted(x [, cmp[, key[, reverse]]])

Tri un ensemble itérable (voir paragraphe fonction_sorted_enumerate)

str(o)

Retourne une chaîne de caractères qui représente l’objet o.

sum(l)

Retourne la somme de l’ensemble l.

type(o)

Retourne le type de la variable o.

zip(l1,l2,...)

Construit une liste de tuples au lieu d’un tuple de listes.

Constructions classiques

Il fait aller à Constructions classiques.

Ces paragraphes qui suivent décrivent des schémas qu’on retrouve dans les programmes dans de nombreuses situations. Ce sont des combinaisons simples d’une ou deux boucles, d’un test, d’une liste, d’un dictionnaire.